可编程低功耗设备中的抗量子 TPM
密码学与安全
2023-10-02 v1
摘要
可信平台模块(TPM)作为安全系统中的信任根,是执行密码原语的安全密码处理器。若大规模量子计算成为现实,TPM 2.0 标准中采用的密码原语将不再安全。因此,设计提供抗量子(QR)原语的 TPM 至关重要,尤其是在嵌入式系统所施加的限制下。本文研究了标准 TPM 2.0 中 QR 原语与协议的部署。已在 NIST QR 密码标准化过程中的密码算法,以及一个基本密码原语——不经意传输(OT),是被选用来扩展 TPM 2.0 的 QR 密码方案。具体而言,用于密钥封装的 Kyber 算法、用于数字签名的 Dilithium 算法,以及一个 3 轮随机不经意传输(ROT)协议,支持多方计算与私有集交集(PSI)等协议。该 QR 扩展的 TPM 2.0 在 ARM 与 RISC-V 嵌入式处理器中实现,其计算需求被分析并与标准 TPM 进行实验对比评估。结果表明,由于 RSA 所需的密钥尺寸与安全随机采样,Kyber 与 Dilithium 在密钥生成上快于 RSA,同时达到与 ECC 相同的性能水平。对于数字签名,无论在签名生成还是验证中,Dilithium 均与 RSA 和 ECC 相当。ROT 协议表现出良好性能,其对 TPM 的支持仅需微小修改。本文还表明,可将所需代码向后移植到已有 TPM 上,以确保当前 TPM 抵御量子对手的安全。
引用
@article{arxiv.2309.17414,
title = {QR TPM in Programmable Low-Power Devices},
author = {Luís Fiolhais and Leonel Sousa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.17414},
year = {2023}
}