Forschung

Seit ihrem Beginn ist die modernen Kryptographie ein interessantes Anwendungsgebiet abstrakter Mathematik und speziell Zahlentheorie. Anfangs waren die mathematischen Probleme die kryptographischen Protokollen unterlagen elementare Fragen zu Kongruenzen. Mit der Start der Post-Quantum Ära, in welcher die langfristige Sicherheit klassischer Protokolle nicht mehr gewährleistet ist, wurden neue grundlegende Probleme für die Anwendung in Kryptographie entwickelt. Diese sind wieder mathematischer Natur, jedoch deutlich tiefgründiger als in ihren klassischen Varianten.
In unserer Forschung analysieren wir diese grundlegenden Probleme der modernen Kryptographie aus verschiedenen Blickwinkeln. Beispielsweise untersuchen wir die Schwierigkeit der Berechnungsprobleme. Andererseits erforschen wir neue mathematische Strukturen die zur Konstruktion neuer und fortgeschrittener kryptographischer Protokolle.

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Unsere aktuellsten Veröffentlichungen im Bereich Mathematische Grundlagen sind:

• Cryptographic Smooth Neighbors
  Giacomo Bruno, Maria Corte-Real Santos, Craig Costello, Jonathan Komada Eriksen, Michael Meyer, Michael Naehrig, Bruno Sterner
  Asiacrypt 2023
• Application of Automorphic Forms to Lattice Problems
  Samed Düzlü and Juliane Krämer
  JMC 2022
• Sieving for twin smooth integers with solutions to the Prouhet-Tarry-Escott problem
  Craig Costello, Michael Meyer, and Michael Naehrig
  EUROCRYPT 2021

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Ist die Implementierung eines kryptographischen Algorithmus nicht gegen physikalische Angriffe gesichert, könnten aus dieser Schwachstelle Informationen über den privaten Schlüssel abgeleitet werden. Dazu könnte ein Angreifer physikalische Messwerte (Seitenkanalangriff) oder das gezielte Einbringen von Fehlern (Fehlerangriff) während der Berechnung nutzen. In diesem Forschungsbereich untersuchen wir Angriffe auf Signatur- und Verschlüsselungsverfahren, die von einem solch mächtigen Angreifer durchgeführt werden könnten, und schlagen Gegenmaßnahmen vor, um diese Verfahren widerstandsfähiger zu machen. Dabei konzentrieren wir uns nicht nur auf das theoretische Angreifermodell und die Fehlerverfolgung, sondern auch auf die praktische Relevanz des jeweiligen Szenarios.

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Unsere fünf aktuellsten Veröffentlichungen im Bereich Physikalische Sicherheit sind:

• HaMAYO: A Fault-Tolerant Reconfigurable Hardware Implementation of the MAYO Signature Scheme
  Oussama Sayari, Soundes Marzougui, Thomas Aulbach, Juliane Krämer, and Jean-Pierre Seifert
  COSADE 2024
• Separating Oil and Vinegar with a Single Trace
  Thomas Aulbach, Fabio Campos, Juliane Krämer, Simona Samardjiska, Marc Stöttinger
  CHES 2023
• On the Feasibility of Single-Trace Attacks on the Gaussian Sampler using a CDT
  Soundes Marzougui, Ievgen Kabin, Juliane Krämer, Thomas Aulbach, Jean-Pierre Seifert
  COSADE 2023
• Disorientation Faults in CSIDH
  Gustavo Banegas, Juliane Krämer, Tanja Lange, Michael Meyer, Lorenz Panny, Krijn Reijnders, Jana Sotáková, and Monika Trimoska
  Eurocrypt 2023
• Patient Zero and Patient Six: Zero-Value and Correlation Attacks on CSIDH and SIKE
  Fabio Campos, Michael Meyer, Krijn Reijnders, and Marc Stöttinger
  SAC 2022

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Dieser Forschungsbereich zielt auf Fortschritte bei der praktischen Anwendbarkeit von Post-Quantum-Verfahren ab. Insbesondere entwerfen wir PQC-Verfahren und entwickeln fortgeschrittene Protokolle, wie Threshold-Protokolle oder identitätsbasierte Verschlüsselung, aus PQC-Primitiven. Darüber hinaus arbeiten wir an mathematischen Optimierungen von PQC-Verfahren, die effizientere Implementierungen ermöglichen. Dies beinhaltet auch Überlegungen für reale Anwendungen, wie z.B. Implementierungen in konstanter Zeit oder Implementierungen für spezielle Anwendungsfälle.

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Unsere fünf aktuellsten Veröffentlichungen im Bereich Design und Anwendung von PQC Verfahren sind:

• Hash your Keys before Signing: BUFF Security of the Additional NIST PQC Signatures
  Thomas Aulbach, Samed Düzlü, Michael Meyer, Patrick Struck, and Maximiliane Weishäupl
  PQCrypto 2024
• Practical Key Recovery Attack on MQ-Sign
  Thomas Aulbach, Simona Samardjiska, and Monika Trimoska
  PQCrypto 2024
• Efficient Post-Quantum Secure Deterministic Threshold Wallets from Isogenies
  Poulami Das, Andreas Erwig, Michael Meyer, and Patrick Struck
  ACM AsiaCCS 2024
• Optimizations and Practicality of High-Security CSIDH
  Fabio Campos, Jorge Chavez-Saab, Jesús-Javier Chi-Domínguez, Michael Meyer, Krijn Reijnders, Francisco Rodríguez-Henríquez, Peter Schwabe, and Thom Wiggers
  IACR Communications in Cryptology, 1(1), 2024
• AprèsSQI: Extra Fast Verification for SQIsign Using Extension-Field Signing
  Maria Corte-Real Santos, Jonathan Komada Eriksen, Michael Meyer, and Krijn Reijnders
  Eurocrypt 2024

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Dieser Forschungsbereich befasst sich mit der Sicherheit von kryptographischen Primitiven gegen Angreifer mit Quantencomputern. Dies umfasst auf der einen Seite was allgemein als Post-Quantum Sicherheit bezeichnet wird: Angreifer haben Zugriff auf Quantencomputern während Nutzer von kryptographischen Primitiven klassische Computer nutzen. Dies deckt das Szenario ab sobald erste, große Quantencomputer existieren. Auf der anderen Seite wird Quantum Sicherheit betrachtet. In diesem Szenario sind Quantencomputer allgegenwärtig. Dies eröffnet neue Angriffsmöglichkeiten, da Angreifer Quanten-Zugriff auf kryptographische Geräte erhalten können.

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• On Quantum Ciphertext Indistinguishability, Recoverability, and OAEP
  Juliane Krämer and Patrick Struck
  PQCrypto 2022
• Sponge-based Authenticated Encryption: Security against Quantum Attackers
  Christian Janson and Patrick Struck
  PQCrypto 2022
• Quantum Indistinguishability for Public Key Encryption
  Tommaso Gagliardoni, Juliane Krämer, and Patrick Struck
  PQCrypto 2021
• Encryption Schemes Using Random Oracles: From Classical to Post-Quantum Security
  Juliane Krämer and Patrick Struck
  PQCrypto 2020

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