美国国家标准与技术研究院后量子密码分析及制标工作研究

本书全面介绍了美国国家标准与技术研究院面向全球征集后量子密码算法的起源、目的、流程，以及三轮筛选和最后入选算法的评选过程。随着全球主要大国对量子计算机的研发逐步加快，量子计算机对现有大型计算机通信网络（如互联网）的安全基础――现代公钥密码学将带来巨大威胁。因此，如何使用能够抵御量子计算机攻击的新一代公钥密码来替代/替换现有的公钥密码系统，是全球计算机网络安全领域，包括各国标准化机构、学术界、IT企业，以及各个重要应用领域（如金融银行业、通信、电力等）十分关注的一件大事。为此，美国负责制定该国国家标准的机构面向全球学术界和产业界进行了后量子密码算法的征集活动。“他山之石可攻玉”，为了满足国内对新一代公钥密码算法的研发需求，并借鉴国外先进的科研组织管理经验，本书对此进行了详细的分析，可供相关科研机构、IT企业、高校师生等参考。

第 1 章 美国政府的前序工作概述 1
1.1 后量子密码概念的产生 1
1.2 NIST 对 PQC 的前期研究工作 2
1.3 NIST 启动 PQC 全球征集活动之前的准备工作 4
第 2 章 NIST 的 PQC 遴选标准 9
2.1 NIST 的《评判准则》 9
2.2 面向网络应用 12
2.3 算法安全性定义 14
2.3.1 CPA 安全性定义 14
2.3.2 EUF-CMA 安全性定义 15
2.4 安全强度分级分类 16
2.5 其他安全需求 18
2.6 成本开销 19
2.7 算法与实现特征 20
2.8 评估流程 21
第 3 章 NIST 第一轮评选活动概述 24
3.1 第一轮部分落选/合并算法概述 24
3.1.1 Giophantus（Indeterminate Equation Public-Key Cryptosystem） 26
3.1.2 Compact LWE 27
3.1.3 Lepton 27
3.1.4 DRS（Diagonal Dominant Reduction for Lattice-Based Signature） 28
3.1.5 RLCE 29
3.1.6 DME 30
3.1.7 CFPKM 30
3.1.8 DAGS 31
3.1.9 McNie 32
3.1.10 RaCoSS 33
3.1.11 RankSign 33
3.1.12 Guess Again 34
3.1.13 EDON-K 35
3.1.14 Walnut 36
3.1.15 SRTPI 38
3.1.16 RVB 39
3.1.17 HK17 39
3.1.18 Gui 41
3.1.19 LEDAkem 42
3.1.20 LEDApkc 43
3.1.21 HILA5 43
3.1.22 pqNTRUSign 45
3.1.23 Ramstake 47
3.1.24 HiMQ-3 48
3.1.25 Gravity？SPHINCS 49
3.1.26 EMBLEM and R.EMBLEM 50
3.1.27 NTRUEncrypt 51
3.1.28 NTRU-HRSS-KEM 52
3.1.29 DualModeMS 52
3.1.30 Titanium 53
3.1.31 Odd Manhattan 54
3.1.32 pqsigRM 55
3.1.33 LAKE 56
3.1.34 LOCKER 57
3.1.35 Ouroboros-R 58
3.1.36 Round2 58
3.1.37 KCL 59
3.1.38 LIMA 60
3.2 第一轮算法评选综述 61
第 4 章 NIST 第二轮评选活动概述 62
4.1 第二轮落选算法概述 62
4.2 第二轮落选算法分析 62
4.2.1 NewHope 62
4.2.2 ThreeBears 64
4.2.3 Round5 66
4.2.4 LAC 68
4.2.5 LEDAcrypt 73
4.2.6 ROLLO 76
4.2.7 qTESLA 78
4.2.8 LUOV 81
4.2.9 MQDSS 85
4.2.10 RQC 87
4.3 第二轮落选算法综述 94
第 5 章 NIST 第三轮评选活动概述 95
5.1 第三轮落选算法概述 95
5.2 第三轮落选算法分析 95
5.2.1 NTRU 95
5.2.2 GeMSS 103
5.2.3 Rainbow 110
5.2.4 NTRU-prime 117
5.2.5 Saber 120
5.2.6 Picnic 124
5.2.7 FrodoKEM 130
5.3 第三轮落选算法综述 133
第 6 章 NIST 首批入选制标算法评选活动概述 134
6.1 NIST 首批入选算法概述 134
6.2 NIST 首批正式/候选入选算法分析 135
6.2.1 Crystals-Kyber 135
6.2.2 CRYSTALS-Dilithium 146
6.2.3 Falcon 151
6.2.4 Classic McEliece 157
6.2.5 SPHINCS+ 165
6.2.6 BIKE 175
6.2.7 HQC 182
6.2.8 SIKE 186
6.3 首批入选制标算法综述 196
第 7 章 NIST 制标活动的影响 198
7.1 NIST 对欧亚等国后量子标准化工作的影响 198
7.1.1 欧洲部分国家后量子标准化工作与政策指导 198
7.1.2 日、韩两国后量子标准化工作与政策指导 202
7.1.3 ISO 后量子标准化工作 203
7.2 NIST 对后量子密码迁移工作的组织与引导 205
7.2.1 NCCoE 后量子密码迁移的组织工作 205
7.2.2 NCCoE 后量子密码迁移项目 206
7.2.3 NCCoE 后量子密码迁移的国际合作 206
7.2.4 NCCoE 后量子密码迁移过程的重要概念 207
7.3 国际金融领域后量子密码迁移活动一览 209
7.3.1 J. P. Morgan 牵头的迁移工作计划 209
7.3.2 欧洲央行迁移试点项目 209
7.3.3 我国央行迁移试点项目 211
参考资料 214