Integer Reconstruction Public-Key Encryption

In [AJPS17], Aggarwal, Joux, Prakash & Santha described an elegant public-key cryptosystem (AJPS-1) mimicking NTRU over the integers. This algorithm relies on the properties of Mersenne primes instead of polynomial rings. A later ePrint [BCGN17] by Beunardeau et al. revised AJPS-1’s initial security estimates. While lower than initially thought, the best known attack on AJPS-1 still seems to leave the defender with an exponential advantage over the attacker [dBDJdW17]. However, this lower exponential advantage implies enlarging AJPS-1’s parameters. This, plus the fact that AJPS-1 encodes only a single plaintext bit per ciphertext, made AJPS-1 impractical. In a recent update, Aggarwal et al. overcame this limitation by extending AJPS-1’s bandwidth. This variant (AJPS-ECC) modifies the definition of the public-key and relies on error-correcting codes. This paper presents a different high-bandwidth construction. By opposition to AJPS-ECC, we do not modify the public-key, avoid using errorcorrecting codes and use backtracking to decrypt. The new algorithm is orthogonal to AJPS-ECC as both mechanisms may be concurrently used in the same ciphertext and cumulate their bandwidth improvement effects. Alternatively, we can increase AJPS-ECC’s information rate by a factor of 26 for the parameters recommended in [AJPS17]. The obtained bandwidth improvement and the fact that encryption and decryption are reasonably efficient, make our scheme an interesting postquantum candidate

Post-Quantum Provably-Secure Authentication and MAC from Mersenne Primes

This paper presents a novel, yet efficient secret-key authentication and MAC, which provide post-quantum security promise, whose security is reduced to the quantum-safe conjectured hardness of Mersenne Low Hamming Combination (MERS) assumption recently introduced by Aggarwal, Joux, Prakash, and Santha (CRYPTO 2018). Our protocols are very suitable to weak devices like smart card and RFID tags

Побудова модифікацій та криптоаналіз постквантових примітивів сімейства AJPS

Кваліфікаційна робота обсягом 135 сторінок містить 45 рисунків, 3 таблиці та 60 джерел. Протягом останніх років стрімко почала розвиватись постквантова криптографія, метою якої є розробка криптографічних примітивів, що були б стійкі до атак з використанням як квантового, так і класичного комп’ютерів. Починаючи з 2017 року триває конкурс постквантових асиметричних криптопримітивів під егідою Національного інституту стандартів та технологій США (NIST). Одним з учасників першого раунду конкурсу є механізм інкапсуляції ключів Mersenne-756839, основою якого є криптосистема AJPS. Метою роботи є дослідження особливостей перетворення інформації в криптографічних примітивах сімейства AJPS, та їх модифікація задля збільшення рівня захищеності. Об’єктом дослідження є процеси перетворення інформації у постквантових системах криптографічного захисту. Предметом дослідження є моделі постквантових криптографічних примітивів сімейства AJPS. У роботі сформовано рекомендації для алгоритмів генерації ключів криптосистем AJPS-1 і AJPS-2 та побудовано атаку підміни на криптосистему AJPS-2. Доведено нові властивості арифметики за модулем числа Мерсенна, узагальненого числа Мерсенна та числа Кренделла. Побудовано модифікацію криптосистеми AJPS-1 шляхом зміни метрики, а також модифікації AJPS-1 та AJPS-2 шляхом зміни класу чисел, що використовуються в криптосистемах у якості модуля. Виконано порівняльний аналіз усіх побудованих модифікацій і криптосистем AJPS-1 та AJPS-2.The volume of the qualitative work is 135 pages and it contains 45 figures, 3 tables and 60 sources. In recent years, quantum-resistant cryptography has been steadily developing. Its aim is to develop the cryptographic primitives that would be resistant to attacks using both quantum and classical computers. In 2017, the National Institute of Standards and Technology (NIST) has launched the competition for quantum-resistant asymmetric cryptographic primitives, which is ongoing. One of the participants of the first round of the competition is the Mersenne-756839 key encapsulation mechanism, which is based on the AJPS cryptosystem. The purpose of the research is to investigate the peculiarities of conversion of information in cryptographic primitives of the AJPS family, and modification of it in order to increase the security level. The object of the research is the pro cessesofconversionofinformationinquantum-resistantcryptographicsecuritysystems.The subject of the research is the models of quantum-resistant cryptographic primitives of the AJPS family. The recommendations for key generation algorithms of the AJPS-1 and the AJPS-2 cryptosystems are represented in the work and the substitution attack on the AJPS-2 cryptosystem is constructed. The new properties of the arithmetic modulo Mersenne number, generalized Mersenne number and Crandall number are proved. The modification of the AJPS-1 cryptosystem by changing the metric, and also the modification of the AJPS-1 and the AJPS-2 by changing the class of numbers, which is used in the cryptosystems as a module, are created. The comparative analysis of all the modifications, which were created, and the cryptosystems AJPS-1 and AJPS-2 was done