Implementation and analysis of the post-quantum algorithm NTRU Prime on an FPGA

Marín Mojica, Josue Kaleb

Implementation and analysis of the post-quantum algorithm NTRU Prime on an FPGA

dc.contributor.advisor	Salamanca Becerra, William Alexander
dc.contributor.advisor	Fajardo Ariza, Carlos Augusto
dc.contributor.author	Marín Mojica, Josue Kaleb
dc.contributor.evaluator	Garcia Arenas, Hans Yecid
dc.contributor.evaluator	Ardila Ochoa, Javier Ferney
dc.date.accessioned	2023-11-10T13:37:39Z
dc.date.available	2023-11-10T13:37:39Z
dc.date.created	2023-11-02
dc.date.issued	2023-11-02
dc.description.abstract	Así como la tecnología avanza a un paso rápido, también lo hace la necesidad de mantener comunicaciones seguras. Los computadores actuales tienen una defensa eficiente contra ataques cibernéticos gracias a los algoritmos criptográficos, pero, el riesgo a la seguridad de los datos es cada vez más fuerte, especialmente en la era de los computadores cuánticos los métodos de encriptación actuales están en riesgo de ser comprometidos. Por lo tanto, últimamente se ha visto la necesidad de revisar nuevos algoritmos capaces de soportar ataques de este estilo. A estos se les da el nombre de algoritmos post-cuánticos. Teniendo en cuenta lo anterior, debido a que los computadores cuánticos representan un posible problema de seguridad, los algoritmos post-cuánticos han ganado bastante interés en los últimos años, tanto así que National Institute of Standards and Technology (NIST) de Estados Unidos creó un concurso con el fin de estandarizarlos. Este concurso cuenta con tres fases ya realizadas, actualmente entrando a la cuarta, y entre los finalistas de la fase tres se encontró NTRU PRIME, siendo este, el algoritmo a estudiar e implementar en el marco de este proyecto. NTRU PRIME es una derivación de un algoritmo post-cuántico llamado NTRU; ambos están basados en anillos algebraicos, siendo la principal diferencia, como el nombre lo dice, que NTRU PRIME se asegura de usar números primos para la mayor parte de sus parámetros. Este algoritmo fue inicialmente propuesto en 2016 y se vio como una buena alternativa a NTRU debido a la reducción del campo de ataque que tiene a comparación con su original. Con lo anterior en mente, con la amenaza constante de la computación cuántica es más importante que nunca seguir investigando algoritmos post-cuanticos, la seguridad de nuestros datos es más importante en esta nueva era y la implementación de estos algoritmos es un paso en la dirección correcta para asegurarse de la seguridad y confiabilidad de nuestra información teniendo al frente al campo de la computación cuántica avanzando a paso rápido. Por esto en este proyecto se estudiará el comportamiento de NTRU PRIME en una FPGA para poder ayudar al entendimiento de este algoritmo y, a su vez, revisar que tan útil seria en una implementación de este estilo a comparación con otras ya realizadas anteriormente
dc.description.abstractenglish	Just as technology advances at a rapid pace, so does the need to maintain secure communications. Today's computers have an efficient defense against cybernetic attacks thanks to cryptographic algorithms like RSA, but the risk to data security is stronger everyday and, specially in the era of quantum computers, current encryption methods are at risk of being compromised. Therefore, lately there has been a need for new algorithms capable of withstanding this kind of attack. These are called post-quantum algorithms. These algorithms have gained so much attention that the national institute of standards and technology (NIST) created a competition in order to standardize post-quantum algorithms lasting from 2016 until 2022. The winner of the competition was an algorithm called CRYSTALS-Kyber, a lattice-based system, probably the most researched type right now because of its security possibilities. While the selected algorithm by NIST will not be the focus of this paper, we will study an algorithm that also uses a lattice-based system and was a finalist in the third round of the competition, NTRU Prime. NTRU Prime is a derivation from another post-quantum algorithm called NTRU. The main difference between the two is that NTRU Prime only uses prime numbers for most of the parameters. The algorithm was initially proposed in 2016 and was seen as a good alternative for NTRU due to the attack field reduction that it offered compared to its predecessor. This algorithm has two alternates depending on how the public key is generated, namely, Streamlined NTRU Prime and NTRU Lprime. For this work, an implementation of streamlined NTRU Prime in an FPGA will be presented as well as an analysis of the results.
dc.description.degreelevel	Pregrado
dc.description.degreename	Ingeniero Electrónico
dc.format.mimetype	application/pdf
dc.identifier.instname	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponame	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourl	https://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.uri	https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/15246
dc.language.iso	eng
dc.publisher	Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty	Facultad de Ingeníerias Fisicomecánicas
dc.publisher.program	Ingeniería Electrónica
dc.publisher.school	Escuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y Telecomunicaciones
dc.rights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coar	http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommons	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.license	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject	IMPLEMENTACIÓN
dc.subject	FPGA
dc.subject	NTRU PRIME
dc.subject	ALGORITMO
dc.subject	POST-CUÁNTICO
dc.subject.keyword	IMPLEMENTATION
dc.subject.keyword	STREAMLINED NTRU PRIME
dc.subject.keyword	FPGA
dc.subject.keyword	POST-QUANTUM CRYPTOGRAPHY
dc.subject.keyword	NTRU PRIME
dc.title	Implementation and analysis of the post-quantum algorithm NTRU Prime on an FPGA
dc.title.english	Implementation and analysis of the post-quantum algorithm NTRU Prime on an FPGA
dc.type.coar	http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.hasversion	http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.local	Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregrado