(M)PSE: PORTUNUS

Die Fortschritte bei der Entwicklung von kryptografischen Verfahren, die gegen Quantencomputer resistent sind, schreiten zügig voran. Die Anzahl kryptografischer Algorithmen ist in den vergangenen Jahren kontinuierlich angestiegen. Dieser Anstieg ist auf verschiedene Ereignisse zurückzuführen, darunter insbesondere den von der NIST initiierten Prozess zur Identifizierung von Post-Quantum-Algorithmen. Zusätzlich existiert eine hohe Variantenvielfalt von kryptografischen Algorithmen und kryptografischen Bibliotheken, welche unter anderem Beschleunigungen über verschiedene Hardwaremodule erlauben. 

Für eine effiziente, praktische Nutzung muss ein Dreiklang zwischen Kryptografen, die PQC-Algorithmen entwickeln, Experten für Plattform-Integration, die diese Algorithmen auf der Hardware implementieren, und Softwareentwicklern, die diese einsetzen wollen, harmonisiert werden. Diesem Thema widmen sich im Projekt PORTUNUS die Partner der TU Darmstadt und der Hochschule Darmstadt. 

Im Kontext der Thematik widmet sich die TU-Darmstadt der theoretischen Fragestellung, wie aufkommende PQC-Algorithmen effektiver beschleunigt werden können. Weiterhin wird ebenfalls an einer praktischen Umsetzung in Form einer hardwarenahen Implementierung seitens der TU-Darmstadt geforscht. Das beinhaltet im Wesentlichen die Entwicklung von Multi-Level Intermediate Representation (MLIR) Compiler-Optimierungen für CPU, GPU, ASICs und FPGAs.

Die Hochschule Darmstadt entwickelt eine Plattform zur Integration dieser Compiler-optimierten Algorithmen. Dafür wurde eine API entwickelt, welche eine flexible und benutzerfreundliche Verwendung dieser Algorithmen unter den vorgegebenen kryptografischen Anforderungen ermöglicht.

Das konkrete Ziel des Projektes ist die Erschaffung eines Frameworks, welches dem Programmierer über eine Zwischenschicht Zugriff auf die darunterliegenden Algorithmen bereitstellt. Das Framework versteckt dabei die Hardwaredetails und erlaubt es auch unerfahrenen Programmierern, Post-Quanten-Kryptografie einfach und sicher zu nutzen. Der Programmierer spezifiziert dabei nur, was er tun möchte, z. B. Daten verschlüsseln. Die Auswahl des konkreten Algorithmus und der Sicherheitsparameter erfolgt automatisch in der Zwischenschicht.