Provably Quantum-Secure Message Authentication Code

Die Gefahr von Quantencomputer gegen asymmetrische Kryptographie ist schon lange bekannt. Jedoch wurden die Auswirkungen auf die symmetrische Kryptographie als weniger einschlägig betrachtet. In den letzten Jahren sind mehrere effiziente Quantenangriffee gegen Nachrichtenauthentifizierungscode (message authentication code, MAC) entdeckt worden. Aus diesem Grund wurde beweisbare Sicherheit dieser Primitive im Quantenmodell erforscht. Einige existierende Algorithmen wurden als quantensicher bewiesen. Darüber hinaus wurden neuen Protokolle entworfen welche auch Quantenangriffen widerstehen können.
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In dieser Masterarbeit untersuchen wir den Einsatz von Noncen in der Konstruktion von quantensicheren Protokollen. In diesem Sinne hat eine vorherige Arbeit eine allgemeine Transformation für MACs eingeführt. Wir zeigen, dass diese Transformation im Allgemeinen nicht quantensicher ist. Dennoch behaupten wir, dass die Transformation in vielen spezifischen Fällen wirksam ist. Wir behandeln denn Fall von der CBC-MAC und zeigen das die transformierte Version quantensicher ist. Zudem formalisieren wir einige Entwurfstrategien für quantensichere Protokolle.

The threat posed by quantum computers against public-key schemes has been known for a long time. However symmetric-key schemes were believed to be relatively safe against quantum adversaries. Recent works have shown the existence of efficient quantum attacks against a large number of message authentication codes (MAC) in spite of their security proof in the classical setting. In response to the new quantum cryptanalysis efforts, research has been conducted on the security proofs in the quantum setting. Some existing schemes have been proven secure in the quantum setting. ... mehrIn addition, new algorithms have been designed to meet the requirements of quantum security.
This master thesis examines the use of nonces in the design of quantum-secure protocols. In a previous work, a generic transformation that makes a classically-secure MAC scheme quantum-secure was introduced. We show that this transform is not secure in general. However, we then argue that the transform does its intended purpose for many specific cases. To illustrate this, we apply it to the CBC-MAC scheme and prove its security. We do this by directly proving its existential unforgeability under quantum chosen message attack security. This allows us to avoid technical complications, and produces a short security proof in the standard model. Additionally, we formalize some design strategies for quantum secure protocols.