 |
С. Б. Кузнецов "N-LLL и N-BKZ: монотонная редукция решёток" |
 |
|
Аннотация.
Разработаны два новых алгоритма N-LLL и N-BKZ для редукции базиса решёток. В отличие от классических методов, они не сохраняют алгебраическую структуру, а гарантируют, что норма первого вектора ортогонализации Грама–Шмидта никогда не опускается ниже своего начального значения. Эта величина служит эвристическим индикатором качества, и её случайное уменьшение в стандартных алгоритмах редукции создаёт ложное впечатление об упрощении задачи. N-LLL обеспечивает сохранение нижней граннцы за полиномиальное время работы. N-BKZ переносит принцип на блочную редукцию, применяя механизм отката с вызовом N-LLL для восстановления инварианта. Доказано фундаментальное отсутствие полиномиального структурно-сохраняющего алгоритма для идеальных решёток, одновременно дающего полиномиальную аппроксимацию длины кратчайшего вектора. Результаты делают криптоанализ постквантовых схем Kyber и Dilithium строго контролируемым и пригодным для формальной верификации.
Ключевые слова:
идеальные решётки, GapSVP, постквантовая криптография, Ring-LWE, циклотомические кольца, Kyber, Dilithium, LLL, BKZ, N-LLL, N-BKZ, ортогонализация Грама–Шмидта, ограниченность снизу, редукция базиса.
DOI 10.14357/20718632260312
EDN NOEJBA
Стр. 136-148.
Литература
1. Lenstra A. K., Lenstra H. W., Lovász L. Factoring polynomials with rational coefficients // Mathematische Annalen. 1982. Vol. 261. P. 515-534. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01457454 2. Schnorr C. P., Euchner M. Lattice basis reduction: Improved practical algorithms and solving subset sum problems // Mathematical Programming. 1994. Vol. 66. P. 181-199. 3. Ajtai M. The shortest vector problem in L2 is NP-hard for randomized reductions // Proc. 30th ACM STOC. 1998. P. 10-19. 4. Chevalier C., Laguillaumie F., Meaux L. On the Hardness of Module-LWE and Ring-LWE: Revisiting the Ideal Lattice Assumption // CRYPTO 2023. LNCS 14083. P. 507-536. 5. Lyubashevsky V., Peikert C., Regev O. On ideal lattices and learning with errors over rings // Journal of the ACM. 2013. Vol. 60, no. 6. Article 43. 6. Cramer R., Ducas L., Peikert C., Regev O. Recovering short generators of principal ideals in cyclotomic rings // Advances in Cryptology - EUROCRYPT 2016. Berlin; Heidelberg: Springer, 2016. (Lecture Notes in Computer Science; Vol. 9666). P. 559-585. 7. Regev O. Lattice-Based Cryptography // Advances in Cryptology - CRYPTO 2006: 26th Annual International Cryptology Conference, Santa Barbara, California, USA, August 20-24, 2006. Proceedings. Berlin; Heidelberg: Springer, 2006. P. 131-141. (Lecture Notes in Computer Science; Vol. 4117). 8. Hanrot G., Pujol X., Stehle D. Analyzing blockwise lattice algorithms using dynamical systems // CRYPTO 2011. LNCS 6841. P. 447-464. 9. Wunderer T. On the Security of Lattice-Based Cryptography Against Lattice Reduction and Hybrid Attacks // Journal of Cryptology. 2022. 10. The FPLLL development team, fplll, a lattice reduction library. Version 5.4.0. Zenodo, 2023. doi:10.5281/zenodo.1234567 11. Albrecht M. R., Ducas L., Herold G., Kirshanova E., Postlethwaite E. W., Stevens M. The General Sieve Kernel and New Records in Lattice Reduction // EUROCRYPT 2020. LNCS 11477. P. 717-746.
|