Для цитирования:
Чуканов С. Н. Протокол обмена ключами на основе некоммутативных элементов алгебры Клиффорда // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2021. Т. 21, вып. 3. С. 408-418. DOI: 10.18500/1816-9791-2021-21-3-408-418, EDN: GCYQYB
Протокол обмена ключами на основе некоммутативных элементов алгебры Клиффорда
Многие из протоколов асимметричной криптографии основаны на операциях, выполняемых в коммутативных алгебраических структурах, которые уязвимы для квантовых атак. Разработка алгоритмов в некоммутативных структурах позволяет усилить эти протоколы. Криптография – это раздел математики, в котором решается задача передачи информации через небезопасные каналы. Для этого информация шифруется. При шифрованном обмене данными выделяются подзадачи: безопасный обмен ключами, а затем шифрование дешифрование сообщения. В задачах криптографии с открытым ключом применяется протокол обмена ключами Диффи – Хеллмана. В настоящее время возрос интерес к разработке альтернативных асимметричных криптосистем, устойчивых к атакам алгоритмов квантовых компьютеров. Большинство из этих схем являются алгоритмами некоммутативной криптографии, например схема, основанная на кольце матричных полиномов. Одна из задач для разработки криптографических схем – поиск сопряженности – может быть сформулирована над конечными некоммутативными группами. Безопасность передачи информации может быть построена на основе неразрешимости проблемы поиска сопряженности, которая определена над конечными некоммутативными группами. Целью настоящей работы является разработка модели протокола Диффи – Хеллмана с использованием алгебраической структуры алгебры Клиффорда (к которым относятся кватернионы) и структуры кольца многочленов. Обеспечение безопасности алгоритма с использованием алгебр Клиффорда основано на некоммутативной структуре этих алгебр и возможности работы в пространстве любой размерности $n \ge 1$. Группы алгебры Клиффорда являются некоммутативными структурами, так же как и матричные полиномы. Однако группы алгебры Клиффорда имеют более компактную запись, показывают меньшее время выполнения во многих сопоставимых операциях. Использование в качестве коэффициентов элементов алгебр Клиффорда и показателей степеней целых чисел позволяет понизить требование к регистрам процессоров (не использовать процессоры с плавающей запятой) и существенно повысить производительность формирования протокола Диффи – Хеллмана.
- Diffie W., Hellman M. E. New directions in cryptography // IEEE Transactions on Information Theory. 1976. Vol. 22, № 6. P. 644–654. https://doi.org/10.1109/TIT.1976.1055638
- Anshel I., Anshel M., Goldfeld D. An algebraic method for public-key cryptography // Mathematics Research Letter. 1999. Vol. 6, № 3. P. 287–291. http://dx.doi.org/10.4310/MRL.1999.v6.n3.a3
- Hecht P. Un modelo compacto de criptografia asimetrica empleando anillos no conmutativos // Actas del V Congreso Iberoamericano de Seguridad Informatica CIBSI’09. 2009. P. 188–201.
- Ki Hyoung Ko, Sang Jin Lee, Jung Hee Cheon, Jae Woo Han, Ju-sung Kang, Choonsik Park. New public-key cryptosystem using braid group // Advances in Cryptology — CRYPTO 2000 / ed. M. Bellare. Berlin, Heidelberg : Springer, 2020. P. 166–183. (Lecture Notes in Computer Science, vol. 1880). https://doi.org/10.1007/3-540-44598-6_10
- Miasnikov A. G., Shpilrain V., Ushakov A. Non-Commutative Cryptography and Complexity of Group-Theoretic Problems. AMS, 2011. 385 p. (Mathematical Surveys and Monographs, vol. 177).
- Kamlofsky J. A., Hecht J. P., Masih S., Izzi O. A Diffie – Hellman compact model over non-commutative rings using quaternions // MEMORIAS CIBSI 2015 (VIII Congreso Iberoamericano de Seguridad Informatica). Quito, Ecuador, 2015. 6 p. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.4063.1760
- Bayro-Corrochano E. Geometric Algebra Applications : in 2 vols. Vol. 1 : Computer Vision, Graphics and Neurocomputing. Springer, 2020. 742 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319- 74830-6
- Bayro-Corrochano E. Geometric Algebra Applications : in 2 vols. Vol. 2 : Robot Modelling and Control. Springer, 2020. 600 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-34978-3
- Hamilton W. R. Elements of Quaternions. London, UK : Longmans, Green, & Co, 1866. 762 p.
- Бранец В. Н., Шмыглевский И. П. Введение в теорию бесплатформенных инерциальных навигационных систем. Москва : Наука, 1992. 280 с.
- Челноков Ю. Н. Кватернионная регуляризация в небесной механике и астродинамике и управление траекторным движением. I // Космические исследования. 2013. Т. 51, № 5. С. 389–401. https://doi.org/10.7868/S0023420613050026
- Челноков Ю. Н. Кватернионная регуляризация в небесной механике и астродинамике и управление траекторным движением. II // Космические исследования. 2014. Т. 52, № 4. С. 322–336. https://doi.org/10.7868/S0023420614030029
- Челноков Ю. Н. Кватернионная регуляризация в небесной механике и астродинамике и управление траекторным движением. III // Космические исследования. 2015. Т. 53, № 5. С. 430–446. https://doi.org/10.7868/S0023420615050040
- Baez J. C. The octonions // Bulletin of the American Mathematical Society. 2002. Vol. 39, № 2. P. 145–205.
- Clifford W. K. Applications of Grassmann’s extensive algebra // American Journal of Mathematics. 1878. Vol. 1, № 4. P. 350–358. https://doi.org/10.2307/2369379
- Clifford W. K. Preliminary sketch of biquaternions // Proceedings of the London Mathematical Society. 1873. Vol. s1-4, iss. 1. P. 381–395. https://doi.org/10.1112/plms/s1-4.1.381
- Clifford Multivector Toolbox. URL: http://clifford-multivector-toolbox.sourceforge.net/ (дата обращения: 15.07.2020).
- Sangwine S. J., Hitzer E. Clifford multivector toolbox (for MATLAB) // Advances in Applied Clifford Algebras. 2017. Vol. 27, iss. 1. P. 539–558. https://doi.org/10.1007/s00006- 016-0666-x
- Mann S., Dorst L., Bouma T. The making of GABLE: A geometric algebra package in Matlab // Geometric Algebra with Applications in Science and Engineering / eds. E. Bayro-Corrochano, G. Sobczyk. Boston : Birkhauser, 2001. P. 491–511. https://doi.org/10.1007/978-1-4612-0159-5_24
- Ablamowicz R., Fauser B. Clifford/Bigebra, a Maple package for Clifford (co)algebra computations. URL: http://www.math.tntech.edu/rafal/ (дата обращения: 15.07.2020).
- 1599 просмотров