Public-key primitives that today anchor session-key establishment - RSA, Diffie-Hellman, and elliptic-curve cryptography - reduce to integer factorization or discrete logarithm and are therefore vulnerable to Shor's algorithm on a sufficiently capable quantum computer. The harvest-now, decrypt-later (HNDL) threat model turns this future capability into a present liability: ciphertext archived today can be decrypted retrospectively once a cryptographically relevant quantum computer becomes available. We propose a session-key establishment scheme that distributes a freshly generated key as multiple, independently encrypted fragments across distinct, ephemeral Tor circuits between an onion-service proxy and an onion-service client. Reconstruction requires every fragment; each fragment travels its own per-bundle circuit established via a NEWNYM signal. The security argument rests on the standard end-to-end correlation bound for onion routing: an adversary controlling a fraction of Tor relays must independently deanonymize every fresh circuit to correlate the fragments belonging to one session, and the per-fragment probability of success decays multiplicatively in the number of fragments. We implement the design as a Flask-based prototype on AWS EC2, with both the proxy and the client deployed as Tor onion services, and measure end-to-end key-establishment latency. The implemented prototype completes a key establishment in 13-20 s on average (7-50 s including tails), of which approximately 88% is attributable to Tor-related delay - a cost we discuss in the context of the privacy-versus-responsiveness trade-off.


翻译:公钥原语(如RSA、Diffie-Hellman和椭圆曲线密码学)目前支撑着会话密钥建立,但这些原语归结为整数因子分解或离散对数问题,因此在具备足够能力的量子计算机上易受Shor算法攻击。“先截获、后解密”(HNDL)威胁模型将这种未来能力转化为当前风险:一旦密码学相关量子计算机问世,今日存档的密文便可被事后解密。本文提出一种会话密钥建立方案,该方案将新生成的密钥拆分为多个独立加密的片段,并通过洋葱服务代理与洋葱服务客户端之间不同的临时Tor电路进行分发。重构需要所有片段;每个片段经由通过NEWNYM信号建立的独立每束电路传输。安全性论证基于洋葱路由的标准端到端关联边界:控制一部分Tor中继的敌手必须独立地去匿名化每条新电路,才能关联出属于同一会话的片段,且每个片段成功关联的概率随片段数量呈乘法衰减。我们将该设计实现为基于Flask的原型系统并部署在AWS EC2上,其中代理和客户端均作为Tor洋葱服务运行,并测量了端到端密钥建立延迟。实验结果表明,该原型完成一次密钥建立平均耗时13–20秒(含尾部延迟为7–50秒),其中约88%的延迟归因于Tor相关开销——我们将在隐私与响应性权衡的背景下讨论这一代价。

0
下载
关闭预览

相关内容

美国NIST正式发布首批3项后量子加密标准
专知会员服务
14+阅读 · 2024年8月19日
欧洲防务量子安全通信(DISCRETION)项目
专知会员服务
25+阅读 · 2024年3月2日
《区块链和量子计算》MITRE公司
专知会员服务
26+阅读 · 2023年1月4日
专知会员服务
25+阅读 · 2020年9月14日
使用tinc构建full mesh结构的VPN
运维帮
68+阅读 · 2018年12月1日
三味Capsule:矩阵Capsule与EM路由
PaperWeekly
10+阅读 · 2018年3月2日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员