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PQC: ML‐KEM

Sun Yimin edited this page 2025-04-16 03:19:30 +00:00

Table of Contents

• ML-KEM(以前叫KYBER)
• ML-KEM的核心特点
• 应用场景
• NIST批准的背景
• 实现现状
• 国密标准
• 参考

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ML-KEM(以前叫KYBER)

全称：Modular Lattice-based Key Encapsulation Mechanism。它是美国国家标准与技术研究院（NIST）批准的首批后量子加密标准之一，主要用于抵御量子计算机攻击的安全场景。

ML-KEM的核心特点

1. 基于模块格理论：ML-KEM依赖于模块格（Modular Lattice）中的数学问题，特别是模块学习与错误（MLWE，Modular Learning With Errors）问题。这些问题在经典和量子计算中都被认为是难以解决的。
2. 密钥封装机制（KEM）：ML-KEM是一种密钥封装机制，用于保护对称密钥的传输。在密钥交换过程中，它能够生成一个安全的共享密钥，同时抵御量子计算机的攻击。
3. 高效性：与其他后量子加密算法相比，ML-KEM在计算效率上表现优异，适合用于需要高吞吐量和低延迟的场景，例如HTTPS连接和VPN加密通道。

应用场景

ML-KEM主要用于以下领域：

• 网站安全访问：通过HTTPS密钥交换，确保通信内容在量子计算机时代的安全性。
• VPN加密通道：在虚拟专用网络中，提供量子安全的加密保护。
• 数据存储与传输：保护存储在云服务器或通过公共网络传输的数据免受量子攻击。

NIST批准的背景

NIST在后量子密码学领域进行了多年的研究，最终于2022年批准了包括ML-KEM在内的首批后量子加密标准。这一批准标志着ML-KEM成为未来量子计算时代加密通信的重要工具。

通过这些特点和应用场景，ML-KEM在保障数据安全方面发挥了关键作用，特别是在量子计算威胁日益凸显的背景下。

实现现状

注：以下名单并不完整。

• BoringSSL，谷歌项目，已经实现ML-KEM 768 / ML-KEM 1024。
• SymCrypt，微软项目。
• Golang已经实现ML-KEM 768 / ML-KEM 1024，并已在TLS1.3中支持X25519MLKEM768。
• OpenSSL已经实现ML-KEM 512 / ML-KEM 768 / ML-KEM 1024，ML-KEM Design，OpenSSL 3.5，OpenSSL 3.5 SSL CONF
• PQClean，一个专注于后量子密码学的开源项目，支持多种后量子算法。

国密标准

尚无

参考

• 实现Kyber所需的多项式和线性代数知识
• NIST FIPS 203