X-Wing：PQC鍵カプセル化、ただしより良く

X-Wing: PQC鍵カプセル化、ただしより良く

私たちは、ECDHからポスト量子メソッドへの移行を進めています。これには、鍵カプセル化の使用が含まれます。ここでは、公開鍵によってカプセル化され、関連する秘密鍵によってデカプセル化される秘密鍵を生成します。現時点ではML-KEMが最適な方法ですが、ML-KEM768やX25519などのハイブリッドメソッドを使用する可能性があります。

X-Wingはこれに対する1つのソリューションであり、X25519とML-KEM-768を使用するように最適化されています [こちら][1]:

全体として、この論文は、X-Wingが優れたパフォーマンスレベルを示し、X25519またはML-KEM-768のいずれかが安全であれば安全であることを示しています。X-WingとX25519Kyber768標準 [こちら] との主な違いは次のとおりです。

現時点では、X-WingはIETFによって起草されています [こちら]:

主なステップは次のとおりです。

sk,pk= ML-KEM-768.KeyGen_internal(z): 32バイトのシード値（z）から決定論的なキーペアを生成します。

ss,ct = ML-KEM-768.Encaps(pk, w): 公開鍵（pk）とシード（w）を使用して、秘密（ss）を暗号文（ct）にカプセル化します。暗号文は決定的です。

ss2= ML-KEM-768.Decap(ct sk): 秘密鍵（sk）を使用して、暗号文（ct）から共有シークレット（ss2）を復元します。

これは、次のように図示できます。

これに関するGolangコードは [こちら]:

package main

import (

 "fmt"
 "math/rand"
 "github.com/cloudflare/circl/kem/xwing"
)


func main() {


 seed := make([]byte, 32)
 rand.Read(seed)

 sk, pk := xwing.DeriveKeyPairPacked(seed)

 eseed := make([]byte, 64)
 rand.Read(eseed)

 ss, ct, _ :=xwing.Encapsulate(pk, eseed)

 ss2 := xwing.Decapsulate(ct, sk)


 fmt.Printf("Seed for keys %x\n\n", seed)
 fmt.Printf("Seed for encapsulation %x\n\n", eseed)
 fmt.Printf("PK (first 100 bytes) %.200x (size=%d bytes)\n\n", pk,len(pk))
 fmt.Printf("SK %x (size=%d bytes)\n\n", sk,len(sk))

 fmt.Printf("Cipher (first 100 bytes): %.200x (size=%d bytes)\n\n", ct,len(ct))

 fmt.Printf("Shared secret (generated) %x\n\n", ss)
 fmt.Printf("Shared secret (decapsulated) %x\n\n", ss2)


}

サンプル実行は [こちら]:

Seed for keys 443d6bf9fd37c9b3fbcb641206216662bbe188da987b87086e28e10f5899a1ee

Seed for encapsulation d429878feb6adbe4d20209c8dff8cb83ede58ef1b4c65ceb27a06d57baf8746a1faba4a85d020361e22956dc89251c6ed79b925618d89430122c55c97968d306

PK (first 100 bytes) 19dc2f25a48dd4f8520a97cbf0e48e805428a00364cbb63f06379a45
b53ba3b662029c8af5f12ba7a5bd68bb62971657cf33466ad295ca7557baf951486711e204c7
1e65622dc4761c5c723777c10b7051ed40bb6b23c46aea2a5f579e00938d1c2722268b2ee6847
14658b453b4bce7a844055c31ac962488445646bc91a67ac96c42ca304a70a719873836c2fe9
2422a2b564e1387cf622e51a1360f13c500c5c9bed92422627d7086462cc26a8d744dc330323
6549bb32a3ee0492a62d4239e73024ab8b3374b (size=1216 bytes)

SK 443d6bf9fd37c9b3fbcb641206216662bbe188da987b87086e28e10f5899a1ee (size=32 bytes)

Cipher (first 100 bytes): d0c62d70fc6e7ac9058edf6be7017df61a09d98146bee2f9469
76a45a3e7be57f4be5896139fd9ebb99cec7febad80ef4598297bd5a6b617a3aae07448e6083
e02820dcbcca0731ff5db2533894fe3629ad7642589eba33e5fe92535291d4c912230ff009d
f1c4442b16f3e8bc18bccb1f1baa23af3992a037d4aafb36a637653c7caf711eb09e33cfbbad
4633ffd3eb6f5b38b156d3a17615a371cf1d9607ef9fc5b7b624fc814636f88499230c1f9970
f4fbce0584b07680340d53c47ba922d18d69a2cf4338e9 (size=1120 bytes)

Shared secret (generated) 1be72faba7b4a6eea842d56e1d63229abdcb212b98defb46735a45aaaf81f4db

Shared secret (decapsulated) 1be72faba7b4a6eea842d56e1d63229abdcb212b98defb46735a45aaaf81f4db

この場合、公開鍵は1.216バイト長、暗号文は1.120バイト長、秘密鍵はわずか32バイト長（ハッシュされているため）であることがわかります。通常、ML-768では、公開鍵は1.184バイト長、秘密鍵は2.400バイト長、暗号文は1.088バイト長です。これらのキーサイズは、[1]の論文で定義されています。

参考文献

[1] Barbosa, M., Connolly, D., Duarte, J. D., Kaiser, A., Schwabe, P., Varner, K., & Westerbaan, B. (2024). X-wing: The hybrid kem you’ve been looking for. Cryptology ePrint Archive.