X-Wing：PQC金鑰封裝，但更好

X-Wing：PQC金鑰封裝，更上一層樓

我們正從 ECDH 轉向後量子方法。這涉及金鑰封裝的使用，我們產生一個由公鑰封裝的私密金鑰，然後由相關的私鑰解封裝。雖然 ML-KEM 是目前的首選方法，但我們可能會使用混合方法，例如 ML-KEM768 和 X25519。

X-Wing 是這個問題的一個解決方案，並且經過優化，可以使用 X25519 和 ML-KEM-768 [here][1]：

總體而言，該論文表明，如果 X25519 或 ML-KEM-768 是安全的，那麼 X-Wing 表現出卓越的性能水平並且是安全的。X-Wing 和 X25519Kyber768 標準 [here] 之間的主要區別在於：

目前，X-Wing 正在由 IETF 起草 [here]：

主要步驟是：

sk,pk= ML-KEM-768.KeyGen_internal(z)：從 32 位元組的種子值 (z) 產生一個確定性的金鑰對。

ss,ct = ML-KEM-768.Encaps(pk, w)：使用公鑰 (pk) 和種子 (w) 將一個密鑰 (ss) 封裝到密文 (ct) 中。密文是確定性的。

ss2= ML-KEM-768.Decap(ct sk)：使用私鑰 (sk) 從密文 (ct) 中恢復一個共享密鑰 (ss2)。

這可以用以下方式說明：

此 Golang 代碼位於 [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)


}

範例執行位於 [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

在這種情況下，我們可以看到公鑰長 1,216 位元組，密文長 1,120 位元組，而私鑰僅長 32 位元組（因為它是雜湊的）。通常，在 ML-768 中，公鑰長 1,184 位元組，私鑰長 2,400 位元組，密文長 1,088 位元組。這些金鑰大小在論文 [1] 中定義：

參考文獻

[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.