Privacy Pass'ın kuantum sonrası geleceği: MOLE ve çok değişkenli imzalar
Cloudflare Blog, Privacy Pass'ın kuantum sonrası dönemde korunması için MOLE adlı yeni teknolojiyi ve çok değişkenli imza şemalarını inceliyor. UOV, MAYO ve PoMFRIT gibi adayların imza ve ortak anahtar boyutları karşılaştırılıyor.
Privacy Pass, Cloudflare gibi site operatörleri tarafından uygulamaları kötüye kullanımdan korumak için kullanılan bir protokoldür. Protokolde istemciye bir dizi token verilir ve istemci bu tokenları siteye erişim karşılığında kullanabilir. Her token, verildiği istemciyle ilişkilendirilemez.
Ancak Privacy Pass hâlâ RSA ve eliptik eğriler gibi klasik kriptografiye dayanmaktadır. Bu nedenle kuantum saldırgan, tokenları istediği gibi taklit edebilecek ve site operatörünün uygulamak istediği güvenlik mekanizmasını atlatabilecektir. Öte yandan Privacy Pass koşulsuz gizlilik sağlar; hiçbir saldırgan bir tokenın kullanımını verilişiyle ilişkilendiremez.
Kuantum sonrası geçişin önündeki temel zorluklardan biri boyutlardır. ML-DSA-44 imzaları 2.420 bayt boyutundadır; buna karşılık ECDSA-P256 imzaları 64 bayt düzeyindedir.
Kör imzalar ve MOLE'un gereksinimleri
Privacy Pass'ın temel bileşenlerinden biri, istemcinin vericinin gizli anahtarı altında bir imza almasını sağlayan kör imza şemasıdır. Privacy Pass tokenlarının bir türü mesaj ve kör olarak verilmiş imzadan oluşur. Bu tokenları doğrulamak için doğrulayıcı, vericinin ortak anahtarına ihtiyaç duyar ve bu nedenle vericinin kimliğini öğrenir.
MOLE (Moderation Of unLinkable Endorsements) yeni bir teknolojidir ve tokenın vericinin kimliğini tamamen gizlemesini gerektirir. Vericiyi gizleme özelliği, bir çapa (anchor) tarafından verilen ve bir moderatör tarafından kullanılan endorsement adlı yeni bir nesneyle sağlanır.
Kullanımdan önce istemci ve moderatör, moderatörün güvendiği çapaların ortak anahtarları olan bir çapa kümesi üzerinde anlaşır. Kullanım sırasında istemci, çapa kümesindeki çapalardan biri tarafından verildiğini hangi çapa olduğunu açıklamadan kanıtlar. Kabul üzerine moderatör, istemciye istemcinin siteyle etkileşimini yönetmek için kullanacağı MOLE kimlik bilgisini verir.
Çok değişkenli imza adayları
ML-DSA, kriptografik çerçevesinden türetilebilen ancak parametreleri verimli ve güvenli bir dijital imza şeması oluşturmak için özenle uyarlanmış bir şemadır. FAEST dijital imzası, NIST'in devam eden imza yarışmasında bir adaydır ve ispatları yaklaşık 4KB boyutundadır (NIST Round 3, 128s).
VOLE, iki tarafa ilişkili rastgele değerler veren etkileşimli bir teknik olan Vector Oblivious Linear Evaluation anlamına gelir. KuMQuat imza şemasında imzalayan, Multivariate Quadratic (MQ) probleminin bir örneğini kanıtlar; imzalar 2,6KB kadar küçük olabilir.
Unbalanced Oil and Vinegar (UOV) imza şemasında ortak anahtar bir MQ haritası P'dir ve imza P(s) = t denklemini sağlayan bir s vektörüdür. UOV, NIST'in devam eden imza standardizasyon çalışmasında bir adaydır. UOV, adaylar arasında 135 bayt ile en küçük imzalardan birine sahiptir. Bunun bedeli, 46,6KB ile en büyük ortak anahtarlar arasında yer almasıdır.
MAYO, çok daha küçük ortak anahtarlara sahip, karşılığında biraz daha büyük imzalar üreten bir başka çok değişkenli adaydır.
PoMFRIT ve boyut karşılaştırması
PoMFRIT, kör imzanın kendisi için 6,7KB ve veriliş için sadece birkaç yüz bayt boyutuna ulaşmıştır. PoMFRIT, VOLE-in-the-Head ve MAYO çok değişkenli imzasına dayanmaktadır. MAYO'nun yerine UOV kullanılarak imza boyutu 4,3KB'a düşürülebilir.
PoMFRIT'in yapı taşları, endorsementlar dahil MOLE için düşünülen tüm kimlik bilgisi sistemlerine kolayca yeniden yapılandırılabilir.
Kör imza tasarlamak için iyi bilinen bir paradigmada istemci mesajı bir commitment içine yerleştirir. Bir commitment, mesajın hash'inin istemci tarafından üretilen bazı rastgeleliklerle birlikte alınmasıyla elde edilir. Kör imza oluşturmak için istemci, imza ve commitment'ı hesaplamak için kullandığı rastgeleliğin sıfır bilgi ispatını üretir.
VOLEitH için Keccak permütasyonu iyi bir hash seçimidir. PoMFRIT iki Keccak permütasyonu gerektirir: biri commitment için, diğeri imza için. MOLE endorsementları için, vericiyi gizleyen bir kör imza benzeri yapı gereklidir.
Kimlik bilgisi çeşitliliği ve güvenlik değerlendirmesi
Daha gelişmiş kimlik bilgisi sistemleri, anonim kredi tokenları ve anonim hız sınırlı kimlik bilgileri bu çerçevede oluşturulabilir. TurboSHAKE, SHAKE ile aynı şekilde çalışır ancak permütasyon 24 yerine 12 tur kullanır. Keccak durumunun 256 biti 128 bit güvenlik elde etmek için kapasiteye ayrılmıştır; durumun yarıya indirilmesi 544 bitlik bir hız bırakır.
Çok değişkenli kriptografinin kriptanalizi hâlâ nispeten olgunlaşmamıştır. Cloudflare, çok değişkenli kriptografinin çeşitli anonim token ve kimlik bilgileri oluşturmak için umut verici bir temel olduğunu belirtmektedir.
Cloudflare, Privacy Pass'ı iCloud Private Relay gibi gizlilik proxy'leri ve Privacy Gateway gibi aktarıcılar için 10 yıllık dağıtım deneyimiyle kullandığını belirtiyor. Şirket şu anda bu çerçevede iki şema geliştiriyor: MOLE endorsementları için bir aday olan VOLE-IHAT ve MOLE kimlik bilgileri için bir aday olan VOLE-ACT. VOLE-IHAT ve VOLE-ACT'de kullanılan UOV (uov-Ip) nedeniyle ortak anahtarların tümü 46,6KB boyutundadır.
