Lattice-based cryptography in a quantum setting : security proofs and attacks ; Cryptographie fondée sur les réseaux euclidiens dans une contexte quantique : preuves de sécurité et attaques
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| Title: | Lattice-based cryptography in a quantum setting : security proofs and attacks ; Cryptographie fondée sur les réseaux euclidiens dans une contexte quantique : preuves de sécurité et attaques |
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| Authors: | Fallahpour, Pouria |
| Contributors: | Laboratoire de l'Informatique du Parallélisme (LIP), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Arithmétiques des ordinateurs, méthodes formelles, génération de code (ARIC), Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon), Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre Inria de Lyon, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Ecole normale supérieure de lyon - ENS LYON, Gilles Villard |
| Source: | https://theses.hal.science/tel-04700564 ; Cryptography and Security [cs.CR]. Ecole normale supérieure de lyon - ENS LYON, 2024. English. ⟨NNT : 2024ENSL0023⟩. |
| Publisher Information: | CCSD |
| Publication Year: | 2024 |
| Collection: | HAL Lyon 1 (University Claude Bernard Lyon 1) |
| Subject Terms: | Fiat-Shamir transform with aborts, SNARK, Quantum random oracle model, Learning with errors, Oblivious sampling, Quantum algorithms, Transformation de Fiat-Shamir avec des rejets, Modèle de l’oracle aléatoire quantique, Échantillonage inconscient, Algorithmes quantiques, [INFO.INFO-CR]Computer Science [cs]/Cryptography and Security [cs.CR] |
| Description: | The rise of quantum machines poses both challenges and opportunities for cryptography. In particular, security proofs may require revisions due to adversaries' quantum capabilities. This thesis presents two contributions in this respect: a positive result and a negative one. The Fiat-Shamir transform with aborts is one of the major paradigms for designing post-quantum secure signature schemes. Part of this thesis consists of a detailed security analysis of this transform in the quantum random oracle model. It is worth noting that all previous works have neglected subtle details, jeopardizing the correctness of their proofs. Consequently, our security proof stands as the first of its kind that is correct. Moreover, we analyze the runtime and correctness of the signatures obtained from this transform. The learning with errors (LWE) problem has been extensively utilized to construct cryptographic schemes that are secure against quantum adversaries. A knowledge assumption of the LWE problem states that obliviously sampling an LWE instance, namely without knowing its underlying secret, is hard for all polynomial-time algorithms. One can use this assumption to prove the security of some succinct non-interactive arguments of knowledge (SNARKs). While it seems a hard task for classical algorithms, we demonstrate a quantum polynomial-time oblivious LWE sampler. Consequently, our sampler breaks the security analysis of the mentioned SNARKs in the quantum setting. ; L'émergence des machines quantiques crée des défis et des opportunités pour la cryptographie. En particulier, les preuves de sécurité doivent être révisées en raison des capacités quantiques des adversaires. Cette thèse propose deux contributions à cet égard : un résultat positif et un résultat négatif. La transformation de Fiat-Shamir avec des rejets est l’un des principaux paradigmes pour concevoir des schémas de signature post-quantiques. Une partie de cette thèse consiste en une analyse détaillée de cette transformation dans le modèle de l’oracle aléatoire ... |
| Document Type: | doctoral or postdoctoral thesis |
| Language: | English |
| Relation: | NNT: 2024ENSL0023 |
| Availability: | https://theses.hal.science/tel-04700564 https://theses.hal.science/tel-04700564v1/document https://theses.hal.science/tel-04700564v1/file/FALLAHPOUR_Pouria_2024ENSL0023_These.pdf |
| Rights: | info:eu-repo/semantics/OpenAccess |
| Accession Number: | edsbas.429F7F2D |
| Database: | BASE |
Nájsť tento článok vo Web of Science | Abstract: | The rise of quantum machines poses both challenges and opportunities for cryptography. In particular, security proofs may require revisions due to adversaries' quantum capabilities. This thesis presents two contributions in this respect: a positive result and a negative one. The Fiat-Shamir transform with aborts is one of the major paradigms for designing post-quantum secure signature schemes. Part of this thesis consists of a detailed security analysis of this transform in the quantum random oracle model. It is worth noting that all previous works have neglected subtle details, jeopardizing the correctness of their proofs. Consequently, our security proof stands as the first of its kind that is correct. Moreover, we analyze the runtime and correctness of the signatures obtained from this transform. The learning with errors (LWE) problem has been extensively utilized to construct cryptographic schemes that are secure against quantum adversaries. A knowledge assumption of the LWE problem states that obliviously sampling an LWE instance, namely without knowing its underlying secret, is hard for all polynomial-time algorithms. One can use this assumption to prove the security of some succinct non-interactive arguments of knowledge (SNARKs). While it seems a hard task for classical algorithms, we demonstrate a quantum polynomial-time oblivious LWE sampler. Consequently, our sampler breaks the security analysis of the mentioned SNARKs in the quantum setting. ; L'émergence des machines quantiques crée des défis et des opportunités pour la cryptographie. En particulier, les preuves de sécurité doivent être révisées en raison des capacités quantiques des adversaires. Cette thèse propose deux contributions à cet égard : un résultat positif et un résultat négatif. La transformation de Fiat-Shamir avec des rejets est l’un des principaux paradigmes pour concevoir des schémas de signature post-quantiques. Une partie de cette thèse consiste en une analyse détaillée de cette transformation dans le modèle de l’oracle aléatoire ... |
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