Новый метод цифровой подписи сделал ее устойчивой к квантовым атакам

Раньше организации стояли перед сложным выбором: использовать проверенные, но уязвимые к квантовым атакам алгоритмы вроде RSA, или внедрять новые постквантовые стандарты, которые не поддерживают функции цифровой пороговой подписи (подход позволяет распределить право подписи между группой участников, избегая появления единственного владельца ключа коллективного подписания). Это создавало фундаментальную дилемму между безопасностью и практичностью. Студент выпускного курса кафедры блокчейн МФТИ (базовая организация — научный центр «Идея») Леонид Картушин под руководством научного руководителя Алексея Курочкина разработал новый алгоритм, способный решить эту проблему.

Новый метод позволяет группе участников создавать единую подпись для документа или транзакции, при этом ни один из них не обладает полным секретным ключом, что исключает его кражу или несанкционированное использование. Решение построено на основе международного постквантового алгоритма Dilithium, стандартизированного Национальным институтом стандартов и технологий (NIST, США), и адаптирует для него классическую схему разделения секрета Шамира — метод, позволяющий разделить цифровой ключ на несколько частей.

«Мир готовится к переходу на постквантовую криптографию, и NIST уже стандартизирует такие алгоритмы, как Dilithium. При этом для критически важных систем, таких как банки или блокчейн, недостаточно просто заменить один алгоритм другим — им необходимо распределённое доверие. Я увидел, что готовых решений, которые бы сочетали постквантовую стойкость с пороговой логикой и защитой от утечек, практически не существует. Это и стало отправной точкой для моего самостоятельного исследования. Основное преимущество нашей схемы на основе Dilithium — баланс между безопасностью, производительностью и размером. В отличие от SPHINCS+, который обеспечивает высокую степень безопасности, но имеет медленные подписи большого размера, Dilithium быстрее и компактнее, а по сравнению с Falcon, который генерирует самые короткие подписи, Dilithium проще в реализации», — рассказал автор проекта, студент магистратуры кафедры Блокчейн МФТИ Леонид Картушин.

Новая разработка дает пользователям защиту от будущих квантовых компьютеров и распределённое доверие — принцип, при котором критически важное решение (например, подписание цифрового документа или подтверждение транзакции) не может быть принято одним человеком или системой. Для этого требуется согласие нескольких независимых участников. Это важно для систем, где решение должно приниматься коллегиально, а единая точка его принятия недопустима. Например, при авторизации крупных финансовых транзакций или управлении критической инфраструктурой — военными и стратегическими государственными объектами.

По словам разработчика, современные алгоритмы цифровой подписи (RSA, ECDSA) уязвимы для квантовых атак, так как их стойкость основана на задачах, которые квантовый компьютер теоретически сможет решить быстро. В основе же алгоритма Dilithium лежат математические задачи на решетках (сложнейшие математические головоломки, связанные с поиском правильной точки в многомерном пространстве с огромным количеством измерений), которые считаются сложными даже для квантовых вычислений.

На практике разработка может быть полезна в банках, криптовалютах или госструктурах — везде, где требуется высокий уровень безопасности и распределенная ответственность — то есть ответственность нескольких человек или большой группы. В криптовалютах и блокчейн-системах её можно использовать для создания кошельков с пороговым доступом. В банковской сфере разработка подойдёт для авторизации крупных финансовых транзакций, а в государственных структурах и критической инфраструктуре (например, в системах управления электростанциями) технология может обеспечить безопасное управление доступом.

Прототип системы реализован на языке Python. Он уже доказал свою работоспособность. Следующими шагами по развитию технологии станут переписывание системы на высокопроизводительный и безопасный язык Rust, проведение всестороннего аудита и оптимизация для промышленного использования.

Разработка может лечь в основу будущих отечественных решений в области постквантовой криптографии с распределенным доверием, уверены ученые МФТИ.