X-Wing: Encapsulamento de Chave PQC, Só que Melhor

X-Wing: Encapsulamento de Chave PQC, Só que Melhor

Estamos migrando do ECDH para um método pós-quântico. Isso envolve o uso de encapsulamento de chave, e onde geramos uma chave secreta que é encapsulada por uma chave pública e então decapsulada por uma chave privada associada. Embora ML-KEM seja o método de escolha no momento, é provável que usemos um método híbrido, como ML-KEM768 e X25519.

X-Wing é uma solução para isso, e é otimizado para usar X25519 e ML-KEM-768 [here][1]:

No geral, o artigo demonstra que o X-Wing exibe excelentes níveis de desempenho e é seguro se X25519 ou ML-KEM-768 for seguro. A principal diferença entre X-Wing e o padrão X25519Kyber768 [here] é:

Atualmente, o X-Wing está sendo elaborado pelo IETF [here]:

As principais etapas são:

sk,pk= ML-KEM-768.KeyGen_internal(z): Gere um par de chaves determinístico a partir de um valor de semente de 32 bytes (z).

ss,ct = ML-KEM-768.Encaps(pk, w): Encapsule um segredo (ss) no texto cifrado (ct) usando uma chave pública (pk) e uma semente (w). O texto cifrado é determinístico.

ss2= ML-KEM-768.Decap(ct sk): Recupere um segredo compartilhado (ss2) de um texto cifrado (ct) usando a chave privada (sk).

Isso pode ser ilustrado com:

O código Golang para isso é [here]:

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)


}

e uma execução de amostra é [here]:

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

Neste caso, podemos ver que a chave pública tem 1.216 bytes de comprimento, o texto cifrado tem 1.120 bytes de comprimento e a chave privada tem apenas 32 bytes de comprimento (pois é hashed). Normalmente, em ML-768, a chave pública tem 1.184 bytes de comprimento, a chave privada tem 2.400 bytes de comprimento e o texto cifrado tem 1.088 bytes de comprimento. Esses tamanhos de chave são definidos no artigo com [1]:

Referências

[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.