|
|
Lattice-based Threshold Signature Optimization for RAM Constrained Devices
Shapoval, Vladyslav ; Ricci, Sara
The DS2 scheme is a lattice-based (n, n)-threshold signature based on the standardized Dilithium signature. However, deploying DS2, as well as Dilithium, on microcontrollers is a challenge due to the memory limitations of these devices. While the decryption phase can be implemented relatively straightforwardly, the key generation and signing phases require the generation and manipulation of large matrices and vectors, which can quickly exhaust the available memory on the microcontroller. In this paper, we propose an optimization of the DS2 key generation and signing algorithms tailored for microcontrollers. Our approach focuses on minimizing memory consumption by generating large elements, such as the commitment key ck and the random commitment parameter r, on the fly from random and non-random seeds. This approach significantly reduces the overall size of the signature from 143 KB to less than 5 KB, depending on the number of signers involved. We also split the algorithms into two distinct components: a security-critical part and a non-security-critical part. The security-critical part contains operations that require secret knowledge and must be run on the microcontroller itself. Conversely, the non-critical part contains operations that do not require secret knowledge and can be performed on a connected, more powerful central host.
|
|
|
Lattice-Based Cryptography on Constrained Devises
Shapoval, Vladyslav ; Dzurenda, Petr (referee) ; Ricci, Sara (advisor)
Tato diplomová práce prezentuje modifikovanou softwarovou implementaci podpisového schématu založeného na modulové mřížce Dilithium a jeho distribuované varianty DS2 pro mikrokontrolér ARM Cortex-M4. Dilithium je součástí sady CRYSTALS a byl vybrán NIST jako nový postkvantový podpisový standard. Tato práce se zaměřuje na snížení paměťové náročnosti obou algoritmů, aby byly více aplikovatelné na širší spektrum mikrokontrolérů a omezených zařízení. Oba podpisy byly optimalizovány pro běh na mikrokontroléru STM32 Cortex-M4. Na jedné straně Dilithium podpis prezentoval již optimalizovanou implementaci, která může běžet na mikrokontroléru. Proto jsme se zaměřili na přidání hardwarové akcelerace pro AES pro generování pseudonáhodných čísel během generování podpisu. Na druhé straně je podpis DS2 více paměťově náročný a navrhli jsme dva optimalizační přístupy přizpůsobené mikrokontroléru. Tyto optimalizace mají za cíl snížit spotřebu paměti při zachování bezpečnostní síly. Experimentální výsledky a bezpečnostní analýza demonstrují účinnost a praktičnost našich řešení. V důsledku naší práce jsme úspěšně vyvinuli nové verze jak Dilithium, tak DS2 s paměťovou spotřebou sníženou o více než 50\% a 90\%, respektive, ve srovnání s originálem.
|
guest ::
RSS feed.