Порівняльний аналіз постквантових протоколів цифрового підпису, базованих на геш-функціях
DOI:
https://doi.org/10.17721/1812-5409.2026/1.24Ключові слова:
геш-функція, цифрові підписи, постквантові протоколи, одноразові цифрові підписи, багаторазові цифрові підписи, ланцюгоподібні схеми, деревоподібні схемиАнотація
В епоху активного розвитку інформаційних технологій і пристроїв поява портативних та загальнозастосовних квантових комп'ютерів є лише питанням часу. І хоч користь від їхньої в рази більшої ефективності, порівняно зі звичайними бітовими комп'ютерами, буде очевидною, водночас вони принесуть і багато вразливостей до сучасних алгоритмів криптографії та кібербезпеки. Щоб запобігти цьому, фахівці вже розпочали роботу над дослідженнями постквантових протоколів замість сучасних.
Не стали винятком і протоколи цифрового підпису. Наприклад, одним із підходів розв'язання окресленої проблеми є побудова постквантових протоколів цифрового підпису, базованих на геш-функціях. Першими варіантами стали схеми одноразових підписів, базованих на геш-функціях, які були захищені від можливостей квантових комп'ютерів, проте мали очевидну ваду одноразовості. Найвідомішим вважають так званий одноразовий підпис Лампорта. Однак цей недолік одноразовості усунули, запропонувавши різні схеми багаторазових цифрових підписів, базованих на створенні та використанні багатьох одноразових підписів. Були запропоновані ланцюгоподібні та деревоподібні схеми багаторазових підписів. Саме реалізації та порівнянню різних схем багаторазового підпису і присвячено пропоновану роботу.
У ході досліджень наведено теоретичні оцінки використання пам'яті та часу, необхідні для роботи різних схем. Подальша реалізація цих схем й остаточні заміри виявили відповідність теоретичних оцінок емпіричним результатам, а також явно продемонстрували переваги та недоліки різних схем. Найкращу продуктивність, зокрема, показали деревоподібні схеми, особливо ті, у яких дерево будується послідовно. Проте в певних випадках має сенс використовувати дерево з повним заглибленням під час побудови.
З огляду на відносну новизну та малу кількість досліджень у цій галузі, багаторазові цифрові підписи мають великий простір для подальших досліджень, наприклад, розгляд N-арних дерев та їхнього порівняння з бінарними.
Посилання
Bleichenbacher, D., & Maurer, U. M. (1994). Directed Acyclic Graphs, One-way Functions and Digital Signatures. In Y. G. Desmedt (Eds.), Lecture Notes in Computer Science: Vol. 839. Advances in Cryptology – CRYPTO '94 (pp. 75–82). Springer. https://doi.org/10.1007/3-540-48658-5_9
Boneh D., & Shoup, V. (2017). A Graduate Course in Applied Cryptography. https://crypto.stanford.edu/~dabo/cryptobook/BonehShoup_0_6.pdf
Hülsing, A. (2013). W-OTS+ – Shorter Signatures for Hash-Based Signature Schemes. In A. Youssef, A. Nitaj, & A. E. Hassanien, (Eds.), Lecture Notes in Computer Science: Vol. 7918. Progress in Cryptology – AFRICACRYPT 2013 (pp. 173–188). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-642-38553-7_10
Katz, J., & Lindell, Y. (2014). Introduction to Modern Cryptography (Second Edition). Chapman and Hall/CRC. https://doi.org/10.1201/b17668
Lizama-Pérez, L. A. (2022). Digital signatures over HMAC entangled chains. Engineering Science and Technology, an International Journal, 32(101076). https://doi.org/10.1016/j.jestch.2021.11.002
Merkle, R. C. (1989). A Certified Digital Signature. In G. Brassard (Eds.), Lecture Notes in Computer Science: Vol. 435. Advances in Cryptology – CRYPTO' 89 Proceedings (pp. 218–238). Springer. https://doi.org/10.1007/0-387-34805-0_21
NIST (2015). FIPS PUB 180-4: Secure Hash Standard (SHS). https://doi.org/10.6028/NIST.FIPS.180-4
Perrig, A. (2001). The BiBa one-time signature and broadcast authentication protocol. In P. Samarati (Eds.), CCS '01: Proceedings of the 8th ACM conference on Computer and Communications Security (pp. 28–37). Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/501983.501988
Reyzin, L., & Reyzin, N. (2002). Better than BiBa: Short One-Time Signatures with Fast Signing and Verifying. In L. Batten, & J. Seberry (Eds.), Lecture Notes in Computer Science: Vol. 2384. Information Security and Privacy (pp. 144–153). Springer. https://doi.org/10.1007/3-540-45450-0_11
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Oleksii Bashuk
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, роботи яких публікуються у цьому журналі, погоджуються з такими умовами:
- Автори зберігають авторські права та надають журналу право на першу публікацію роботи, яка одночасно ліцензується згідно із Creative Commons Attribution License, тобто надається дозвіл іншим ділитися роботою з визнанням авторства роботи та першої публікації в цьому журналі.
- Автори можуть укладати окремі додаткові угоди щодо невиключного розповсюдження опублікованої журналом версії роботи (наприклад, розмістити її у репозитарії наукової установи чи опублікувати у книзі) з підтвердженням її початкової публікації у цьому журналі.
- Дозволяється та заохочується розміщення своїх робіт в мережі Інтернет авторами (наприклад, у репозитаріях наукових установ або на особистих веб-сторінках) до та під час процесу подання, оскільки це може призвести до продуктивного обміну, а також до більш ранніх цитувань опублікованої роботи та їх більшої кількості (див. The Effect of Open Access).
