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Analysis of the FO Transformation in the Lattice-Based Post-Quantum Algorithms

Fujisaki-Okamoto transformation
key encapsulation mechanism
latticed-based cryptography
post-quantum cryptography
public key encryption
González de la Torre MÁ, Hernández Encinas L, Queiruga-Dios A
Mathematics 2022, 10, 2967.
https://doi.org/10.3390/math10162967

Newer variants of the Fujisaki–Okamoto transformation are used in most candidates of the third round of the NIST Post-Quantum Cryptography standardization call in the category of public key encryption schemes. These transformations are applied to obtain a highly secure key encapsulation mechanism from a less secure public key encryption scheme. Furthermore, there are five candidates (three finalists and two alternatives) that passed to the third round of the process and whose security is based in lattice problems. This work analyzes the different ways in which the lattice-based candidates of the NIST call apply the Fujisaki–Okamoto transformation and the particularities of each application. The study of such differences and their repercussion in the design of the proposals will allow a better understanding of the algorithms. Moreover, we propose a modification of the Kyber algorithm—the only public key encryption candidate established as a PQC standard by NIST in its more recent publication—in order to avoid the re-encryption in the decapsulation algorithm and, in this way, to reduce the side channel attacks vulnerability.

Funding. This work was supported in part by ORACLE Project, with reference PCI2020-120691-2, funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033, and European Union “NextGenerationEU/PRTR” and in part by the Spanish State Research Agency (AEI) of the Ministry of Science and Innovation (MCIN), project P2P2QProMeTe (PID2020-112586RB-I00/AEI/10.13039/501100011033), and in part by the EU Horizon 2020 research and innovation programme, project SPIRS (Grant Agreement No. 952622).

GiCSI

proyecto/s relacionado/s

  • Secure platform for ICT systems rooted at the silicon manufacturing process. SPIRS
    Programa HORIZONTE'2020 (UE)
  • Protocolos, Mecanismos y Tecnologías Pre y Postcuánticas para la Ciberseguridad y la Privacidad. P2QProMeTe
    Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2017-2020
  • ORACLE: Organically Resilient and Secure Wireless Networks for Next-Generation IoT Technologies to serve Future Connected Societies
    Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2017-2020, Programa Estatal de I+D+i Orientada a los Retos de la Sociedad (AEI)
Departamento de Acústica y Evaluación No Destructiva (DAEND)
  • GAA: Grupo de Acústica ambiental
  • G CARMA: Grupo de Caracterización de materiales mediante evaluación no destructiva
  • ULAB: Ultrasonidos para el análisis de líquidos y bioingeniería
Departamento de Tecnologías de la Información y Las Comunicaciones (DTIC)
  • GiCP: Grupo de investigación en Ciberseguridad y Protección de la Privacidad
  • GICSI: Grupo de investigación en Criptología y Seguridad de la Información
    • LCQE: Laboratorio de Comunicaciones Cuánticas
  • PSUM: Grupo de Procesamiento de Señal en sistemas Ultrasónicos Multicanal
Departamento de Sensores y Sistemas Ultrasónicos (DSSU)
  • GSTU: Grupo de Sistemas y tecnologías ultrasónicas
  • NoySI: Grupo de Nanosensores y Sistemas Inteligentes
  • RESULT: Resonadores ultrasónicos para cavitación y micromanipulación
  • SENSAVAN: Grupo de Tecnología de Sensores Avanzados
  • QE: Electrónica Cuántica
Laboratorios
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  • Laboratorio de Comunicaciones Cuánticas
  • Laboratory for International Collaboration in Advanced Biophotonics Imaging

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