《雙曲線密碼技術(shù)》課件

雙曲線密碼技術(shù)現(xiàn)代密碼學(xué)前沿技術(shù)安全、高效、抗量子的下一代加密方案課程介紹目標與內(nèi)容掌握雙曲線密碼核心原理了解實際應(yīng)用場景重點難點數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理解安全性分析方法應(yīng)用場景金融安全物聯(lián)網(wǎng)加密區(qū)塊鏈技術(shù)什么是雙曲線密碼技術(shù)定義與基本思想基于雙曲線數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)的公鑰密碼體系與傳統(tǒng)密碼的區(qū)別更高復(fù)雜度的數(shù)學(xué)難題發(fā)展背景應(yīng)對量子計算威脅的需求密碼學(xué)基礎(chǔ)回顧對稱加密同一密鑰加解密速度快，適合大數(shù)據(jù)非對稱加密公鑰加密，私鑰解密安全性高，密鑰管理簡便數(shù)學(xué)基礎(chǔ)離散數(shù)學(xué)數(shù)論與代數(shù)幾何公鑰密碼體制發(fā)展歷史RSA誕生基于大數(shù)分解ECC興起基于橢圓曲線離散對數(shù)雙曲線密碼更復(fù)雜的代數(shù)結(jié)構(gòu)后量子時代抵抗量子計算攻擊為什么需要雙曲線密碼新興安全挑戰(zhàn)傳統(tǒng)算法逐漸面臨威脅計算復(fù)雜性需求需要更難破解的數(shù)學(xué)難題后量子安全需求抵抗量子計算機攻擊雙曲線密碼的基本原理優(yōu)勢顯著更小密鑰，更高安全性概率安全性基于數(shù)學(xué)難題的復(fù)雜度數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)雙曲線上的群結(jié)構(gòu)雙曲線曲線簡介數(shù)學(xué)定義高于橢圓曲線的代數(shù)曲線虧格g>1的曲線結(jié)構(gòu)主要類型虧格2雙曲線虧格3雙曲線高虧格雙曲線雙曲線圖形示例群結(jié)構(gòu)與有限域有限域基礎(chǔ)有限個元素的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)群運算規(guī)則封閉性、結(jié)合律、單位元、逆元密碼學(xué)應(yīng)用構(gòu)建安全的單向函數(shù)雙曲線方程標準形式標準方程表達y2=f(x)，其中f為多項式參數(shù)含義系數(shù)決定曲線特性曲線形狀與性質(zhì)虧格決定復(fù)雜度雙曲線密碼中的點運算點加法定義Mumford表示下的運算點倍加法快速指數(shù)運算基礎(chǔ)運算規(guī)則Cantor算法實現(xiàn)規(guī)約過程保持半規(guī)約形式雙曲線離散對數(shù)難題（HCDLP）2^128計算難度最佳算法復(fù)雜度10^6ECC強度比相同密鑰長度下的安全優(yōu)勢g≥2虧格限制實用雙曲線的虧格范圍密鑰生成流程隨機數(shù)選取生成私鑰隨機整數(shù)d基點選擇曲線上安全的生成點P公鑰計算Q=d·P點乘運算加密過程詳解明文處理編碼為曲線上點隨機數(shù)生成每次加密使用不同值點運算使用公鑰計算密文密文輸出點對形式表示解密過程詳解接收密文獲取密文點對私鑰運算使用私鑰進行點乘點差計算消除隨機因子影響明文恢復(fù)從點映射回原始信息數(shù)字簽名算法簽名生成私鑰創(chuàng)建消息哈希處理隨機數(shù)與點運算簽名驗證公鑰驗證等式檢查防偽證明主要特性不可偽造不可抵賴防篡改密碼協(xié)議中的應(yīng)用密鑰交換協(xié)議安全建立共享密鑰認證協(xié)議身份驗證與授權(quán)混合加密協(xié)議結(jié)合對稱與非對稱優(yōu)勢零知識證明無需泄露關(guān)鍵信息的證明通道加密方案實現(xiàn)雙曲線技術(shù)保障數(shù)據(jù)傳輸通道安全支持多種協(xié)議集成數(shù)據(jù)完整性保護消息驗證碼保證數(shù)據(jù)未被篡改數(shù)字簽名校驗來源認證與完整性驗證區(qū)塊鏈應(yīng)用分布式賬本防篡改雙曲線密碼與橢圓曲線密碼對比參數(shù)雙曲線密碼橢圓曲線密碼數(shù)學(xué)基礎(chǔ)虧格g≥2雙曲線虧格g=1橢圓曲線密鑰長度更短短安全性更高高計算復(fù)雜度較高中等與RSA等傳統(tǒng)算法對比密鑰長度(比特)相對速度安全系數(shù)后量子安全討論量子計算威脅Shor算法可破解RSA和ECC量子計算機發(fā)展迅速雙曲線抵抗力提供更高復(fù)雜度部分抵抗量子攻擊研究現(xiàn)狀與其他后量子方案比較安全性評估進行中安全性分析抗攻擊能力指數(shù)級計算復(fù)雜度已知攻擊方法指數(shù)計算、Pohlig-Hellman算法典型漏洞參數(shù)選擇不當(dāng)、實現(xiàn)缺陷安全驗證形式化證明、安全模型運算復(fù)雜度分析最優(yōu)算法次指數(shù)時間復(fù)雜度性能優(yōu)化方法算法改進、并行計算硬件加速專用芯片、FPGA實現(xiàn)參數(shù)選型對安全的影響曲線參數(shù)選擇標準素數(shù)域大小、不可約多項式密鑰長度建議虧格2：160-256位參數(shù)風(fēng)險特殊構(gòu)造曲線可能存在后門密鑰管理問題密鑰生成高熵隨機源、安全硬件密鑰分發(fā)安全信道、證書體系密鑰吊銷CRL、OCSP響應(yīng)密鑰輪換定期更新、自動化流程隨機數(shù)與安全性隨機源重要性密碼系統(tǒng)安全基礎(chǔ)弱隨機源導(dǎo)致密鑰可預(yù)測偽隨機生成器密碼學(xué)安全PRNG熵收集與種子管理攻擊案例索尼PS3密鑰泄露DebianOpenSSL漏洞標準化進展國際標準ISO/IEC進展NIST評估狀態(tài)國內(nèi)標準密碼行業(yè)標準國家技術(shù)規(guī)范標準比較參數(shù)差異實現(xiàn)要求已有方案及產(chǎn)品開源庫MIRACL、Sage行業(yè)應(yīng)用金融、政府、軍事性能測試吞吐量、延遲指標移動方案低能耗實現(xiàn)軟件實現(xiàn)要點代碼結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計框架選擇底層算法庫安全編程防側(cè)信道攻擊測試驗證單元測試與安全審計硬件實現(xiàn)進展加密芯片專用硬件加速器FPGA實現(xiàn)可重配置硬件平臺安全單元隔離環(huán)境運行密碼算法常見雙曲線曲線舉例曲線名稱虧格域特性安全性評級HPECC-1602GF(2^83)高HC-2562GF(p),p大質(zhì)數(shù)很高HC3-5213GF(2^173)極高實際案例分析一：金融領(lǐng)域60%性能提升交易處理速度提升30%資源節(jié)約服務(wù)器資源占用減少99.99%安全等級系統(tǒng)安全性評級實際案例分析二：物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能耗(mW)處理時間(ms)內(nèi)存占用(KB)實際案例分析三：區(qū)塊鏈安全密鑰管理分層確定性密鑰生成簽名機制雙曲線DSA替代ECDSA鏈上驗證智能合約中的密碼原語安全收益防量子攻擊的長期保障通信安全中的應(yīng)用VPN/SSL加密通道加密與認證電子郵件加密端到端內(nèi)容保護移動通信信令與媒體加密智能終端應(yīng)用前景手機應(yīng)用安全通信與身份認證可穿戴設(shè)備輕量級實現(xiàn)與低能耗性能安全平衡資源優(yōu)化與安全妥協(xié)商用部署支付與數(shù)字身份場景云計算場景的挑戰(zhàn)多租戶安全租戶間數(shù)據(jù)隔離共享資源加密數(shù)據(jù)加密存儲靜態(tài)數(shù)據(jù)保護密鑰訪問控制性能與擴展性大規(guī)模部署挑戰(zhàn)密鑰管理復(fù)雜性雙曲線密碼算法的局限性實現(xiàn)難點復(fù)雜數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)的編程挑戰(zhàn)理論不足研究深度不及橢圓曲線產(chǎn)業(yè)應(yīng)用壁壘標準化程度低，商業(yè)支持不足性能問題某些操作較ECC慢新技術(shù)趨勢展望同態(tài)加密結(jié)合支持密文計算的混合方案多方安全計算分布式協(xié)議中的應(yīng)用未來升級方向算法優(yōu)化與標準化推進行業(yè)生態(tài)與產(chǎn)業(yè)鏈主要企業(yè)芯片廠商、安全公司研究機構(gòu)高校、國家實驗室標準組織ISO、NIST、國家標準委用戶群體政府、金融、軍工國際領(lǐng)先研究成果頂級會議CRYPTO、EUROCRYPT發(fā)表成果MIT、斯坦福等機構(gòu)領(lǐng)銜研究國內(nèi)外發(fā)展差距技術(shù)成熟度理論研究差距縮小工程實現(xiàn)仍有距離標準進程國際標準參與度不足自主標準建設(shè)加速產(chǎn)業(yè)化進展商用產(chǎn)品數(shù)量較少應(yīng)用領(lǐng)域相對集中相關(guān)專利與技術(shù)壁壘大型科技公司研究機構(gòu)安全廠商初創(chuàng)企業(yè)安全試驗與評估方法測試流程白盒分析、黑盒測試攻擊模擬側(cè)信道攻擊實驗性能評估吞吐量與延遲測量合規(guī)測試符合安全標準驗證未來研究方向算法創(chuàng)新更高效的實現(xiàn)方法性能極限超低延遲實現(xiàn)方案抗量子能力后量子安全證明學(xué)習(xí)資源推薦專業(yè)書籍《曲線密碼學(xué)》、《代數(shù)曲線與密碼學(xué)》經(jīng)典論文Koblitz,Cantor算法相關(guān)論文在線課程Coursera、edX密碼學(xué)課程典型問題與答疑密鑰長度選擇根據(jù)安全需求和性能