Post Quantum Cryptography: Techniques, Challenges, Standardization, and Directions for Future Research
大型量子计算机的发展将对密码学产生可怕的后果。大多数对称和非对称密码算法都容易受到量子算法的攻击。Grover的搜索算法为AES和3DES等对称方案中的密钥搜索提供了平方根时间提升。RSA、Diffie Hellman和ECC等非对称算法的安全性是基于素数分解和离散对数的数学难度。最好的经典算法需要指数时间。Shor的因式分解算法可以在多项式时间内求解。量子计算的重大突破将使所有目前广泛使用的非对称密码系统变得不安全。本文分析了经典密码系统在量子计算机背景下的脆弱性，讨论了各种后量子密码系统族，讨论了NIST后量子密码学标准化进程的现状，最后给出了该领域未来的几个研究方向。
2022-02-06 cs.CR
Lattice-Based Vulnerabilities in Lee Metric Post-Quantum Cryptosystems
本文针对基于Lee度量的McEliece型密码系统，评估了其抵御基于格的攻击的安全性，揭示了为减小密钥尺寸而采用替代度量可能引入的潜在漏洞。
2024-10-15 cs.CR cs.IT math.IT
CERMET: Coding for Energy Reduction with Multiple Encryption Techniques -- $It's\ easy\ being\ green$
本文提出CERMET高能效硬件架构，将基础密码系统与网络编码结合，在保证安全性和吞吐量的同时显著降低能耗与面积，AES-256能耗低于1 pJ/bit，ECC公钥系统能耗降低14.6倍。
2023-08-09 cs.AR cs.CR cs.IT
Post-Quantum Cryptographic Hardware Primitives
后量子密码系统的开发和实现已经成为安全计算系统设计中的一个紧迫问题，因为通用量子计算机在过去两年中变得更加可行。在这项工作中，我们介绍了一组硬件后量子密码原语（PCP）组成的四个常用的安全组件，即，公钥密码系统（PKC）、密钥交换（KEX）、不经意传输（OT）和零知识证明（ZKP）。此外，我们设计了一个高速多项式乘法器来加速这些原语。这些原语将帮助研究人员和设计人员在后量子时代构建量子安全计算系统。
2019-03-09 cs.CR
Assessing and countering reaction attacks against post-quantum public-key cryptosystems based on QC-LDPC codes
基于码的公钥密码体制是后量子时代取代量子脆弱的经典密码体制的一种新的密码体制。然而，最近引入了一种基于Bob反应的新型攻击，并且似乎显着减少了这些系统中使用的任何密钥对的寿命。在本文中，我们估计所有已知的反应攻击的复杂性对QC-LDPC和QC-MDPC码为基础的变体的McEliece密码系统。我们还展示了如何的结构的秘密密钥，特别是，密码率影响这些攻击的复杂性。从我们的研究结果可以看出，基于QC-LDPC码的系统确实可以抵御反应攻击，条件是使用一些特定的解码算法和密码具有足够高的速率。
2018-08-06 cs.CR cs.IT math.IT
McEliece-type Cryptosystems over Quasi-cyclic Codes
本文研究了基于代数编码理论的准循环码上的McEliece型密码系统。本论文的主要目标是构造一个抗量子傅立叶采样的密码系统，使其具有量子安全性。提出了一种新的基于速率$\frac{m-1}{m}$准循环码的Niederreiter密码体制，由于其隐子群的不可否认性，该体制对量子傅立叶采样是安全的.由于自同构群上的两个约束：小尺寸和大的最小度，实现了不可压缩性的证明。除此之外，我们还提出了一类自同构群极小度大、码长小的$\frac{1}{m}$准循环码。
2018-05-25 cs.CR cs.DM cs.IT
Hardware Implementation of a Polar Code-based Public Key Cryptosystem
近年来，人们对量子计算和构建能够突破传统基于数论的公钥密码体制的量子计算机进行了大量的研究。因此，在不久的将来，我们需要能够抵御量子计算机攻击的公钥密码系统，即所谓的后量子密码系统。最近提出了一种基于极化码的公钥密码体制（PKC-PC），其安全性依赖于极化码的一般译码问题的求解难度。本文首先在Raspberry Pi 3上实现了PKC-PC的加密、密钥生成和解密算法。然后，为了评估其性能，我们测量了几个相关的参数，如执行时间，能耗，内存消耗和CPU利用率。所有这些指标的研究与极化码的各种参数的PKC-PC的加密/解密算法。在下一步骤中，将研究的参数与实现的McEliece公钥密码系统进行比较。分析结果表明，PKC-PC的加/解密执行时间、能量消耗和内存消耗都比McEliece密码体制短。
2022-12-27 cs.CR
New Approach for CCA2-Secure Post-Quantum Cryptosystem Using Knapsack Problem
选择密文安全性保证了加密消息的机密性，即使在存在解密预言机的情况下，它已经成为主动攻击下公钥加密的事实上的安全概念。在这篇论文中，我们首次提出了一种新的方法来构造后量子密码系统的安全性的自适应选择密文攻击（CCA 2-安全）在标准模型中使用背包问题。背包问题的计算版本是NP难的。因此，预计使用量子计算机很难解决这个问题。我们的构造是一个基于预编码的加密算法，并使用背包问题来执行置换和填充一些随机模糊数据的消息位。与今天介绍的其他方法相比，我们的方法非常简单，效率更高。
2014-04-05 cs.CR cs.IT math.IT
A Key Establishment Scheme for Mobile Wireless Sensor Networks Using Post-Deployment Knowledge
由于传感器节点的资源限制以及传感器节点易被敌方物理捕获，传感器网络中传感器节点之间的成对密钥的建立是一个难题。公钥密码系统不太适合大多数资源受限的传感器网络。近年来，椭圆曲线密码技术的发展表明，公钥密码体制在资源受限的传感器网络中也是可行的。然而，大多数研究人员认为对称密钥密码系统是资源受限的传感器网络的可行选择。在本文中，我们首先制定了一个基本原则，以解决移动传感器网络中的关键预分配问题。然后，使用这个开发的基本原则，我们提出了一个计划，它利用了部署后的知识。我们的方案是刘宁提出的关键优先级技术的修改版本。我们的改进方案提供了合理的网络连接性和安全性。此外，所提出的方案适用于任何部署拓扑结构。
2011-08-05 cs.CR
McEliece Cryptosystem Based On Extended Golay Code
随着技术的不断进步，预计量子计算机的出现可能会打破目前使用的许多公钥密码系统。它将谈判通信的保密性和完整性。在这方面，我们有隐私保护器（即后量子密码学），它可以抵抗量子计算机的攻击，处理在传统计算机上运行的密码系统，并且可以抵御量子计算机的攻击。基于代码的密码学的实践是安全性和效率之间的权衡。在本章中，我们探讨了基于扩展Golay码的最成功的McEliece密码系统[24，12，8]。我们已经研究了在McEliece密码系统中使用扩展Golay码代替通常的Goppa码的影响。此外，我们已经实现了基于扩展Golay码的McEliece密码系统使用MATLAB。推广的Golay码有着广泛的实际应用。使用扩展Golay码的主要优点是它具有长度为24的码字，8的最小汉明距离允许我们检测7位错误，同时校正3个或更少的错误，并且可以以高数据率传输。
2018-11-15 cs.CR
Decision and Search in Non-abelian Cramer Shoup Public Key Cryptosystem
提出了一种非阿贝尔Cramer-Shoup密码体制的设计方法。探讨了决策和搜索的作用，并提出了可解/多环群的平台。在这个过程中，我们回顾了非阿贝尔密码学的最新进展，并发布了一些从这条研究道路上自然产生的开放问题。
2013-09-18 cs.CR math.GR
Post-Quantum Cryptography: An Analysis of Code-Based and Lattice-Based Cryptosystems
本文分析 McEliece 与 NTRU 两类后量子密码系统，分别阐明其基于线性码译码和格最短向量问题的安全基础，并比较二者结构与安全性联系。
2025-05-06 cs.CR cs.IT math.IT
A Tutorial Introduction to Lattice-based Cryptography and Homomorphic Encryption
为什么要学习基于格的密码学？有几种方法可以回答这个问题。1.基于各种各样的计算难题的密码系统是有用的，因此不同的密码系统并不都以相同的方式脆弱。2.基于格的密码系统的计算方面通常是简单的理解和相当容易在实践中实现。3.与基于整数分解或离散对数问题的流行密码系统相比，基于格的密码系统具有较低的加密/解密计算复杂性。4.基于格的密码系统享有强大的最坏情况下的硬度安全证明的基础上近似版本的已知NP-硬格问题。5.基于格的密码系统被认为是后量子密码学的良好候选者，因为目前没有已知的用于解决格问题的量子算法比最著名的经典（非量子）算法表现得更好，这与整数因子分解和（椭圆曲线）离散对数问题不同。6.最后但并非最不重要的是，有趣的结构在格问题导致了显着的进展，同态加密，一个新的研究领域，具有广泛的应用。
2022-09-28 cs.CR
A tiny public key scheme based on Niederreiter Cryptosystem
本文提出一种基于Niederreiter密码系统的公钥方案，其公钥长度远短于NIST决赛入围方案，安全性至少与Niederreiter相当，且简单易实现。
2023-10-10 cs.CR
A symmetric LWE-based Multi-Recipient Cryptosystem
提出一种基于 LWE 困难性的后量子多接收者对称加密方案，用单一广播密文让各接收者仅恢复自身消息，并通过多图像加密示例验证应用。
2025-06-06 cs.CR
Network Coding-Based Post-Quantum Cryptography
为了在高通信速率下实现安全的后量子密码学，提出了一种新的混合通用网络编码密码系统（HUNCC）。我们提供的安全网络编码方案是混合的，它结合了信息理论安全与公钥密码学。此外，该方案具有通用性，可应用于任何通信网络和任何公钥密码体制。我们的混合方案是基于信息理论的个人保密的概念，传统上依赖于假设，窃听者只能观察一个子集的通信链路之间的信任方-一个假设，往往是具有挑战性的强制执行。对于这种设置，已经开发了几种代码结构，其中消息在每个路径上传输之前以保证仅观察子集的对手对每个单独的消息具有足够的不确定性的方式线性混合。相反，在本文中，我们采取计算的观点，并构造一个编码方案，其中任意安全的密码系统是利用一个子集的链接，而预处理类似于在个人安全。在此方案下，我们证明了1）一个计算安全保证的对手观察到的整个链接2）一个信息理论的安全保证的对手观察到的一个子集的链接，和3）信息速率接近网络的容量，大大提高了目前的解决方案。我们方案的一个可能令人惊讶的结果是，为了保证计算安全级别b，使用计算后量子方案加密单个链路就足够了。此外，随着通信链路数目的增加，信息速率接近1。
2020-09-03 cs.CR cs.IT math.IT
The McEliece Cryptosystem Resists Quantum Fourier Sampling Attacks
量子计算机可以破解RSA和El Gamal公钥密码系统，因为它们可以分解整数并提取离散的整数。如果我们相信量子计算机有一天会成为现实，我们希望拥有\emph{post-quantum}密码系统，它可以在今天用经典计算机实现，但即使在量子攻击的情况下也能保持安全。在这篇文章中，我们表明，McEliece密码系统在\emph{well-permuted, well-scrambled}线性码抵抗正是RSA和El Gamal密码系统容易受到攻击-即，那些基于生成和测量陪集状态。这消除了强傅立叶采样的方法，几乎所有已知的量子算法的指数加速都是基于这种方法。具体而言，我们表明，隐藏子群问题的McEliece密码系统减少的自然情况下，不能解决强傅立叶采样，或任何测量陪集状态。我们开始与最近的负面结果的量子算法图同构，这是基于特定的子群的大小为2，并将其扩展到任意结构的子群，包括自同构群的线性码。这使我们能够获得关于McEliece密码系统在面对量子对手时的安全性的第一个严格结果，加强了其后量子密码学的候选资格。
2010-10-15 cs.CC cs.CR math.RT
Number Theoretic Transform and Its Applications in Lattice-based Cryptosystems: A Survey
数论变换（NTT）由于其在算法和实现上的一系列优点，是求解两个高次整数系数多项式相乘的最有效的方法，因此在格密码体制的实际实现中得到了广泛的应用。特别是，最近的工作表明，NTT可以利用在那些计划没有NTT友好的环，并可以优于其他乘法算法。本文首先回顾了多项式乘法、卷积和NTT的基本概念。随后，我们系统地介绍了基本的基2快速NTT算法的代数方法，通过中国剩余定理。然后，我们详细介绍了削弱NTT参数条件限制的方法的最新进展。此外，我们系统地介绍了如何选择合适的策略NTT算法的各种给定的环。随后，我们介绍了NTT在NIST后量子密码学标准化竞赛的格基密码方案中的应用。最后，我们试图提出一些可能的未来研究方向。
2022-11-24 cs.CR
Post-Quantum Blockchain: Challenges and Opportunities
本文综述量子计算对依赖传统密码学的区块链技术的威胁，指出SHA-256和ECDSA等易被量子算法攻破，提出后量子密码学（PQC）构建后量子区块链（PQB）的方案，为研究者提供PQB安全指南并探讨该领域未来的挑战与机遇。
2025-08-23 cs.CR
The HyperFrog Cryptosystem: High-Genus Voxel Topology as a Trapdoor for Post-Quantum KEMs
HyperFrog是一种实验性后量子密钥封装机制，通过体素网格拓扑结构生成强约束的稀疏二进制秘密向量，结合拓扑挖掘算法和Fujisaki-Okamoto变换实现IND-CCA安全，探讨拓扑秘密与已知格攻击的交互及安全分析问题。
2026-03-26 cs.CR quant-ph
Comprehensive Introduction to Fully Homomorphic Encryption for Dynamic Feedback Controller via LWE-based Cryptosystem
Seoul National University（首尔大学）
本文介绍了基于LWE问题的密码系统，该系统通过在密文注入随机错误来保证安全性，尽管这会限制同态运算的递归操作，但在动态反馈控制器中可以克服这一限制，从而构建安全的反馈控制系统。
2019-04-17 cs.CR cs.SY eess.SY
A new Hybrid Lattice Attack on Galbraith's Binary LWE Cryptosystem
基于LWE的密码系统是后量子时代传统密码系统的一个有吸引力的替代方案。为了最小化其公钥的一部分（$256 \times 640$整数矩阵，$\textbf{T}$）的存储成本，已经提出了$\textbf{T}$的二进制版本。其密文的一个组成部分$\textbf{c}_{1}$被计算为$\textbf{c}_{1} = \textbf{Tu}$，其中$\textbf{u}$是临时秘密。知道了$\textbf{u}$，就可以推导出明文。给定$\textbf{c}_{1}$和$\textbf{T}$，Galbraith的挑战是在1年内利用现有的计算资源计算出$\textbf{u}$。我们的混合方法猜测和删除一些位的解决方案向量和映射的问题，解决由此产生的子实例的最近向量问题格理论。基于格的方法减少了要猜测的比特的数量，而基于LP松弛的初始猜测将随后的猜测的数量减少到多项式，而不是猜测比特数量的指数。进一步的增强划分猜测位的集合，并使用LP的2步应用。在给定处理器核数和时间的约束条件下，一次训练算法学习最优的分区组合，在1年内使用1000 - 100，000个核数，成功率为9 - 23%.这与早期的工作相比是有利的，早期的工作在3000个核心上取得了2%的成功。
2019-04-09 cs.CR
Reducing Ciphertext and Key Sizes for MLWE-Based Cryptosystems
本文基于有限块长方法与渐近分析，证明后量子安全密钥封装机制Kyber在保持安全性与比特率的前提下，可将密文和密钥尺寸显著减小25%至39%。
2025-02-03 cs.CR cs.IT math.IT
Worst case QC-MDPC decoder for McEliece cryptosystem
McEliece加密方案，具有相对较小的密钥大小以及安全性降低到编码理论的困难问题。此外，它对量子对手仍然是安全的，并且非常适合嵌入式设备上的低成本实现。与LDPC码一样，MDPC码的译码也是采用迭代比特翻转算法。可变时间解码器可能会泄漏一些关于代码结构的信息（即关于稀疏奇偶检验等式的信息），因此必须避免。恒定时间解码器很容易仿真，但其运行时间取决于最坏情况而不是平均情况。到目前为止，实现的重点是最小化平均成本。我们表明，调整的算法是不一样的，以减少最大的迭代次数，以减少平均成本。这提供了关于如何设计QC-MDPC-McEliece方案以抵抗定时侧信道攻击的一些指示。
2016-08-22 cs.CR cs.IT math.IT
A Critical Analysis of Deployed Use Cases for Quantum Key Distribution and Comparison with Post-Quantum Cryptography
本文系统评估了量子密钥分发（QKD）在真实用例中的安全性，并与后量子密码学（PQC）进行比较，从实现复杂性、可扩展性和长期安全性等角度分析QKD的适用场景，为密码基础设施决策者提供参考。
2025-04-15 cs.CR
VDOO: A Short, Fast, Post-Quantum Multivariate Digital Signature Scheme
本研究针对格基后量子密码的潜在风险，基于多变量二次问题提出VDOO签名方案，通过在Rainbow中加入对角层降低高斯消元复杂度，实现高速签名与同类安全下最小的签名长度，可抵御现有主流攻击。
2023-12-15 cs.CR
Towards post-quantum blockchain: A review on blockchain cryptography resistant to quantum computing attacks
该综述研究后量子密码系统及其在区块链与分布式账本技术中的应用，分析代表性后量子区块链系统的挑战，对比主流后量子公钥加密和数字签名方案的特性与性能，为相关研究者和开发者提供后量子区块链安全的全面视角与指导。
2024-02-01 cs.CR quant-ph
Securing the Future Internet of Things with Post-Quantum Cryptography
传统和轻量级的密码原语和协议对于量子攻击是不安全的。因此，使用传统或轻量级加密原语和协议的实时应用程序不能确保完全证明的安全性。后量子密码学对于物联网（IoT）非常重要，因为它可以抵御量子攻击。本文提供了物联网网络后量子密码学的广泛文献分析，包括在实时应用中采用的挑战和研究方向。这项工作的重点是对资源受限设备有用的后量子密码系统。此外，这些量子攻击进行调查，这可能会发生在传统的和轻量级的密码原语。
2022-06-21 cs.CR
Fast Quantum Algorithm for Solving Multivariate Quadratic Equations
2015年8月，美国国家安全局（NSA）突然宣布计划过渡到后量子算法，这一消息震惊了加密世界。自该公告以来，后量子密码学已成为几个标准化机构的主要兴趣话题。从目前部署的公钥算法到后量子算法的过渡在许多方面都具有挑战性。特别是评估这种后量子密码系统的量子比特安全性的问题仍然是非常开放的。当然，这个问题在后量子密码系统的标准化过程中主要受到关注。在本文中，我们考虑的量子安全问题的解决系统{ \it $m$布尔多元二次方程的$n$变量}（\MQb），在后量子密码学的中心问题。当$n=m$，在一个自然的代数假设下，我们提出了一个Las-Vegas量子算法解决\MQb{}，需要评估，平均而言，$O(2^{0.462n})$量子门。据我们所知，这是求解\MQb{}的最快算法。
2017-12-19 cs.CR quant-ph
SPHINCS$^+$ post-quantum digital signature scheme with Streebog hash function
许多常用的公钥密码体制在可扩展量子计算机建成后将变得不安全。近几十年来，出现了新的加密方案，可以保证免受量子计算机的攻击，即所谓的后量子算法。SPHINCS $^+$是后量子签名方案中最有前途的候选方案之一，它是基于密码散列函数的。在这方面的贡献，我们分析了使用新的俄罗斯标准化的哈希函数，被称为Streebog，SPHINCS $^+$签名方案的实施。我们提供了一个基于SHA-256的实例化的性能比较，并给出了各种参数集的基准。
2020-06-27 cs.CR
An Algebraic Attack on Rank Metric Code-Based Cryptosystems
秩度量译码问题是基于秩度量码的密码学中考虑的主要问题。最近已经提出了基于这个问题或它的准循环版本的非常有效的方案，例如目前在NIST后量子密码学标准化过程的第二轮中提交的ROLLO和RQC中的那些方案。虽然对这个问题的组合攻击已经得到了广泛的研究，现在似乎很好地理解，情况是不令人满意的代数攻击，以前的工作基本上表明，他们是无效的密码参数。在本文中，从Ourivski和Johansson的代数建模的问题成一个系统的多项式方程组，我们展示了如何增加这个系统，易于计算的方程，使增强系统解决得更快，通过Groebner基地。这是因为增强系统的解决度$r$，$r+1$或$r+2$取决于参数，其中$r$是秩权重，我们通过扩展Verbel等人的结果来证明。（PQCrypto 2019）关于MinRank问题引起的系统;对于目标秩$r$，Verbel等人将求解度降低到$r+2$，并且对于他们称之为超定的某些有利情况甚至更低。我们给出了这种方法的复杂性界限以及使用岩浆实现的实际时间。这改进了先前已知的Groebner基和（非量子）组合方法的复杂度估计，并且例如导致对ROLLO-I-256的200位攻击，其声称的安全性是256位。
2020-02-23 cs.CR
Cryptanalysis via Machine Learning Based Information Theoretic Metrics
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Clemson University（克莱姆森大学）；Technion Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；MIT Lincoln Laboratory（麻省理工学院林肯实验室）
本文提出两种基于机器学习信息论度量的密码分析算法，利用互信息神经估计和二元交叉熵分类在已知明文设置下评估密码系统鲁棒性，能高效识别非IND-CPA安全加密方案及参数缺陷，为密码系统健全性提供快速经验检查。
2025-01-25 cs.CR cs.IT cs.LG
Good Gottesman-Kitaev-Preskill codes from the NTRU cryptosystem
本研究从NTRU密码体制的密码分析出发，提出一类兼具恒定码率、√n量级平均距离且自带高效解码器的优质随机NTRU-GKP码，揭示了GKP码对经典纠错、量子纠错与后量子密码的衔接作用，并提出基于NTRU安全性的公钥量子通信协议。
2024-07-01 cs.CR cs.IT math.IT
On the post-quantum security of encrypted key exchange protocols
基于离子阱量子计算机的一些基本物理参数，研究了加密密钥交换（EKE）协议的后量子安全性，证明了在多台离子阱量子计算机的情况下，使用40位口令的EKE协议是安全的.提出了一种抵抗中间人攻击的口令加密无密钥协议，并证明了该协议也具有后量子安全性。本文的分析对各种混合密码体制的安全性评估具有普遍意义。
2013-06-21 cs.CR quant-ph
The Hidden Subgroup Problem and Post-quantum Group-based Cryptography
本文讨论了后量子群密码学中的隐子群问题。我们回顾了HSP与其他计算问题的关系，讨论了一种最优的求解方法，并回顾了HSP量子复杂性的已知结果。我们还概述了一些基于组的密码系统的平台。值得注意的是，用于在这样的无限群平台中求解HSP的有效算法尚不为人所知。
2018-05-21 cs.CC cs.CR math.GR
CRYPTO-MINE: Cryptanalysis via Mutual Information Neural Estimation
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Technion（以色列理工学院）；Clemson University（克莱姆森大学）；MIT Lincoln Laboratory（麻省理工学院林肯实验室）
本文提出CRYPTO-MINE方法，利用神经网络互信息估计在选择明文攻击中量化明文与密文之间的信息泄露，并在多种加密方案及基于网络编码的密码系统上验证了其有效性。
2023-09-18 cs.CR cs.IT cs.LG
Post-Quantum Wireless-based Key Encapsulation Mechanism via CRYSTALS-Kyber for Resource-Constrained Devices
针对资源受限设备，提出利用无线信道特性将 CRYSTALS-Kyber 直接集成至物理层，定义两种基于 4-QAM 和 BCH 码的传输方案，仿真证明其在保持安全归约的同时降低了实现复杂度且具备可行性。
2025-04-06 cs.CR eess.SP
Post-Quantum Sanitizable Signatures from McEliece-Based Chameleon Hashing
Johannes Kepler University（约翰·开普勒大学）；Polytechnic University of Milan（米兰理工大学）
本文提出基于麦克斯韦密码系统的后量子可消毒签名方案，通过混沌哈希函数实现可控碰撞查找，确保消息块可修改而其他内容不可变，并提供透明性保障。
2026-02-24 cs.CR
Faulting original McEliece's implementations is possible: How to mitigate this risk?
本文针对原始 McEliece 密码系统在 ARM 实现上首次提出故障注入攻击，并探讨通过修改算法以增强其抗故障注入能力，从而降低量子时代下的安全风险。
2023-05-04 cs.CR
High Memory Masked Convolutional Codes for PQC
本文提出一种基于高内存掩码卷积码的后量子密码系统，支持任意明文长度、线性时间解密，通过高比率错误注入和多项式除法噪声增强安全性，安全裕度超过McEliece系统2100倍，并采用并行维特比解码器实现高效部署。
2025-10-17 cs.CR
An Evaluation of the State-of-the-Art Software and Hardware Implementations of BIKE
NIST正在进行后量子密码系统的标准化过程，即，密码系统抵抗传统和量子计算机的攻击，因此可以替代传统的公钥密码学解决方案，预计在未来几十年内量子计算机将打破传统的公钥密码学解决方案。这份手稿提供了一个概述和比较现有的国家的最先进的实现的BIKE QC-MDPC代码为基础的后量子KEM，在NIST的PQC标准化过程中的候选人。我们考虑软件，硬件和混合硬件软件实现和评估其性能，硬件的，其资源利用率。
2022-12-20 cs.AR cs.CR
On the Semantic Security of NTRU -- with a gentle introduction to cryptography
本文以入门方式介绍密码学与安全性证明，解释NTRU后量子加密方案，证明其原始版本不具备IND-CPA安全性，并提及可证明IND-CCA2安全的填充方案。
2025-03-10 cs.CR math.NT
Post-Quantum Cryptography for Internet of Things: A Survey on Performance and Optimization
该综述调研了资源受限物联网设备中后量子密码学（PQC）的性能现状，梳理了相关优化方案，发现PQC适配适度轻量级物联网具备可行性但优化缺乏标准化，建议未来研究协同推进以保障后量子时代物联网的高效安全迁移。
2024-01-31 cs.CR
Efficient Algorithm Level Error Detection for Number-Theoretic Transform used for Kyber Assessed on FPGAs and ARM
本文针对Kyber第三轮NTT乘法提出算法级故障检测方案，在FPGA和ARM上评估，实现近100%错误检测率，面积仅增9%，延迟增13%。
2024-09-18 cs.CR
Quantum solutions to possible challenges of Blockchain technology
区块链和其他分布式账本技术（DLT）的技术进步有望为寻求透明度，冗余和问责制的应用程序提供显着优势。这些新兴技术的实际采用需要整合经济高效、快速、支持QoS、安全和可扩展的设计。随着量子计算的出现，当前区块链密码系统的安全性可能会在更大程度上受到损害。量子算法，如Shor的大整数分解算法和Grover的非结构化数据库搜索算法，可以提供指数和二次加速，分别与他们的经典对应。这可能会对公钥密码系统和哈希函数造成威胁，这必然要求从经典密码学迁移到量子安全密码学。此外，区块链平台的计算延迟导致交易速度缓慢，因此量子计算原理可能会在事务处理和加速挖掘过程中提供显着的加速和可扩展性。为此，本文首先研究了当前和未来经典的最先进的区块链可扩展性和安全原语。比特币、以太坊、Corda等已经采取的相关量子安全区块链密码系统倡议在密钥大小、散列长度、执行时间、计算开销和能源效率方面进行了陈述和比较。后量子密码算法，如基于码、基于格、基于多变量等方案，由于在实际实现中的几个缺点，不太适合经典的区块链技术。解密延迟、计算资源的大量消耗和密钥大小的增加是阻碍区块链性能的一些挑战。
2021-10-11 cs.CR cs.ET
Downtime Required for Bitcoin Quantum-Safety
本文分析了比特币为抵御量子攻击而升级到后量子密码系统的技术成本，计算出所需累计停机时间下界为1827.96小时，并强调必须尽快启动升级以保障网络安全。
2024-10-22 cs.CR cs.NI quant-ph
Cybersecurity in Critical Infrastructures: A Post-Quantum Cryptography Perspective
本文从后量子密码学视角分析关键基础设施面临的网络安全挑战，阐述OT环境与IT环境的差异及量子计算对经典密码协议的威胁，并探讨PQC协议在工业环境中的集成问题。
2024-06-11 cs.CR quant-ph
LEDAkem: a post-quantum key encapsulation mechanism based on QC-LDPC codes
本文提出了一种新的基于代码的密钥封装机制（KEM），称为LEDAkem。它建立在Niederreiter密码系统上，并依赖于准循环低密度奇偶校验码作为密码，提供高解码速度和紧凑的密钥对。LEDAkem使用临时密钥来挫败已知的统计攻击，并利用一种新的解码算法，该算法比这类系统中通常采用的经典位翻转解码器提供更快的解码。针对LEDAkem的主要攻击进行了研究，考虑到量子加速。LEDAkem的某些实例被设计为针对经典计算机和量子计算机实现不同的安全级别。通过一个有效的C99实现LEDAkem获得的一些性能数据。
2018-01-26 cs.CR cs.IT math.IT
Partial Encryption after Encoding for Security and Reliability in Data Systems
我们考虑的问题，在一个嘈杂的多路径网络的安全和可靠的通信。以前的工作考虑我们的问题的无噪声版本提出了一个混合通用网络编码密码系统（HUNCC）。通过将信息理论上安全的编码器与部分加密相结合，HUNCC能够获得安全保证，即使在存在全观察窃听者的情况下也是如此。在本文中，我们提出了一个版本的HUNCC噪声信道（N-HUNCC）。这种修改需要四个主要的创新。首先，我们提出了一个网络编码结构，这是联合，单独的安全和纠错。其次，我们引入了一个新的安全性定义，它是个体安全性的计算模拟，我们称之为在选择密文攻击下的个体不可否认性（individual IND-CCA 1），并证明了NHUNCC满足它。最后讨论了N-HUNCC的参数选择及其纠错能力。
2022-02-07 cs.CR cs.IT math.IT
Information- and Coding-Theoretic Analysis of the RLWE Channel
在NIST后量子密码学标准化过程中已经提出了基于\emph{Ring Learning with Errors}（RLWE）问题的几种密码系统，例如，新希望此外，还有像Kyber这样的系统，它们基于密切相关的MLWE假设。前面提到的两种方案都导致非零的解密失败率（DFR）。这些算法的加密和解密的组合可以被解释为在噪声信道上的数据传输。据我们所知，本文是第一个工作，分析了该通道的容量。我们展示了如何修改加密方案，使得相应通道的输入字母增加。特别是，我们提出了他们的能力，这表明，传输速率可以显着增加的下限相比，在文献中的标准建议。此外，在随机独立系数失效的共同假设下，我们给出了基于Gilbert-Varshamov界和使用BCH码的具体码构造的可实现速率的下界。通过我们的构造，我们可以在保证相同DFR的同时增加总比特率（对于Kyber增加$1.84$的因子，对于NewHope增加$7$的因子），或者对于相同的比特率，我们可以显著降低本工作中考虑的所有方案的DFR（例如，对于NewHope，从$2^{-216}$到$2^{-12769}$）。
2022-11-25 cs.CR cs.IT math.IT
Secure Coding Drift in LLM-Assisted Post-Quantum Cryptography Development: A Gamified Fix
University of Moratuwa（摩图瓦大学）；University of Ruhuna（鲁胡纳大学）；RMIT University（皇家墨尔本理工大学）
提出LLM辅助PQC开发中的安全编码漂移模型，通过游戏化框架将LLM转变为主动安全协作者，以缓解长期依赖LLM导致的安全退化。
2026-06-19 cs.AI cs.CR cs.SE
Towards practical key exchange from ordinary isogeny graphs
我们重新审视普通的同源图为基础的密码系统Couveignes和Rostovtsev Stolbunov，长期以来被视为不切实际。我们给出了算法的改进，加速在这个框架中的密钥交换，并探讨了产生适当的系统参数的问题，为当代前和后量子安全，利用这些新的算法。我们还证明了会话密钥安全的Canetti-Krawczyk模型中的密钥交换，以及相关的公钥加密方案的IND-CPA安全性，在合理的假设下，计算的难度isquestionwalkes。我们的系统承认有效的密钥验证技术，产生CCA安全的认证，从而提供了一个重要的一步，有效的后量子非交互式密钥交换（NIKE）。
2018-09-20 cs.CR math.NT
On Quantum Chosen-Ciphertext Attacks and Learning with Errors
大规模量子计算是对经典公钥密码学的重大威胁。在强“量子访问”安全模型中，许多公钥密码系统也是脆弱的。我们在一个模型中考虑经典加密，该模型允许对手量子预言机访问加密和解密，但后者被限制为非自适应（即，仅限攻毒前）查询。我们正式定义这个模型使用适当的概念的密文不可否认性和语义安全（这是等价的标准参数），并称之为QCCA1在类比经典的CCA1安全模型。使用量子随机存取码的约束，我们表明，标准的PRF和PRP为基础的加密方案是QCCA 1-安全时，与量子安全原语实例化。然后，我们重新审视了标准的IND-CPA-secure Learning with Errors（LWE）加密，并表明仅泄漏一个量子解密查询（并且没有其他查询或任何类型的泄漏）允许对手以恒定的成功概率恢复完整的密钥。相比之下，在经典设置中，恢复密钥使用线性数量的解密查询，这是最佳的。我们攻击的核心算法是著名的Bernstein-Vazirani算法的（大模版本）。我们强调，我们的结果不应该被解释为这些密码系统在其规定的安全设置中的弱点（即，后量子选择明文保密）。相反，我们的结果意味着，如果这些密码系统暴露于选择密文攻击（例如，由于部署在不适当的现实世界环境中），那么量子攻击甚至比经典攻击更具破坏性。
2019-06-23 cs.CR quant-ph
Can Coding Agents Migrate to Post-Quantum Cryptography?
Saudi Data & AI Authority (SDAIA)（沙特数据与人工智能管理局）
Quantigence通过多智能体AI框架提升量子安全研究效率，实现67%的研究周转时间减少和更全面的文献覆盖。
2026-09-22 cs.CR cs.MA
