Estimating the Cost of Superposition Attacks on Lightweight Cryptography on Fault-Tolerant Quantum Systems

Wir werden verschiedene Angriffe in Quantensuperposition auf sogenannte Lightweight-Kryptographie Primitive unter Verwendung von Simon’s-Algorithmus vorstellen. Drei unserer Angriffe richten sich gegen den Finalisten des NIST Lightweight Cryptography Standardization Process, Elephant. Die anderen Primitive sind LightMAC und ESTATE. Wir werden auch zeigen, dass das Kürzen der Ausgabe von periodischer 2-zu-1-Funktionen Simon’s Algorithmus nicht einschränkt. Dieses Ergebnis kann genutzt werden, um bestehende Angriffe zu beschleunigen.
Die Ressourcenkosten aller vorgestellten Angriffe werden dann unter Berücksichtigung eines fehlertoleranten, auf surface-code basierenden Quantencomputers geschätzt. ... mehrWir werden die Unterschiede zwischen einem Angreifer, der in der Lage ist, das Elephant-Primitiv in Superposition anzufragen, und einem, der nur klassische Anfragen stellen kann, demonstrieren. Selbst wenn beide Zugang zum selben lokalen Quantencomputer haben, wird derjenige, der Zugang zu Superpositionen hat, den geheimen Schlüssel in etwa $10^{11}$ logischen Qubit-Zyklen und 21.2 Sekunden wiederherstellen, während der andere etwa $10^{20}$ logische Qubit-Zyklen und 209.9 Jahre benötigt.

We will propose different quantum superposition attacks on lightweight cryptographic primitives using variants of Simon’s algorithm. Three of our attacks are against the NIST Lightweight Cryptography Standardization Process finalist Elephant. The other primitives are LightMAC and ESTATE. We will also show that truncating periodic 2-to-1 functions will not constrain Simon’s algorithm. This result can then be used to speed-up existing attacks.
The resource cost of all presented attacks will then be estimated considering a fault-tolerant surface code based quantum computer. ... mehrWe will demonstrate the differences between an adversary who is able to query the Elephant primitive in superposition and one who can only perform classical queries. Even when both have access to the same local quantum computer, the one who has superposition access will recover the secret key in about $10^11$ logical-qubit-cycles and 21.2 seconds, while the other one needs about $10^{20}$ logical-qubit-cycles and 209.9 years.