Performanz Evaluation von PQC in TLS mittels virtueller Netzwerke

Motivation

Eine beispielsweise durch Quantencomputer erzielte Steigerung der Rechenleistung könnte eine baldige Kompromittierung asymmetrischer Kryptographie ermöglichen, welche in unzähligen digitalen Systemen einen vertraulichen Schlüsselaustausch und eine Authentifizierung ermöglicht. Alternative, sogenannte Post-Quanten Verfahren, weisen sehr unterschiedliche Charakteristiken auf, welche deren Integrierbarkeit und Performanz negativ beeinflussen können. Es Bedarf daher einer umfassenden Evaluierung, um in Zukunft eine geeignete Auswahl zu treffen.

Ziel

Das Ziel dieser Arbeit ist es, weitere Erkenntnisse hinsichtlich der Performanz von Post-Quanten Verfahren im Kontext des weit verbreiteten Protokolls TLS zu erlangen, um einen Beitrag zur Auswahl geeigneter PQC Algorithmen zu leisten. Konkret sollen die Erkenntnisse aus der Master Arbeit von Johanna Henrich gezielt überprüft und erweitert werden. Dabei sollen mithilfe eines Virtual Network Simulators wie MiniNet Client-Server-Verbindungen nachgestellt und die Performanz des TLS Handshakes zwischen diesen anhand der benötigten Durchführungsdauer analysiert werden.

Aufgaben

• Einarbeitung in die Erstellung virtueller Netzwerke mittels MiniNet oder ähnlicher Frameworks
• Simulation von Client-Server-Verbindungen
• Einbindung von PQC Implementierungen innerhalb der TLS Instanzen
• Wiederholter TLS-Verbindungsaufbau und Messung der benötigten Zeiten
• Aggregation und Analyse der Messungen
• Vergleich mit Ergebnissen aus der unten erwähnten Arbeit von Paquin et al. sowie der Masterthesis von Henrich

Voraussetzungen

• Kenntnisse in IT-Sicherheit
• Kenntnisse in Computernetze & TLS
• Grundkenntnisse in Linux Betriebssysteme & Bash
• Erfahrungen mit MiniNet o.ä. wünschenswert, aber nicht zwingend notwendig

Referenzen und Literatur (Auswahl)

• Mininet. An Instant Virtual Network on your Laptop (or other PC)
• Khayri, Usman: Simulation of a client-server model communication over an IP network. Investigation of application and network performance in multiple scenarios. November 2020
• Johanna Henrich: Performanz Evaluation von PQC in TLS 1.3 unter variierenden Netzwerkcharakteristiken. Abschlussarbeit M.Sc.. Februar 2022
• Paquin, Stebila, Tamvada: Benchmarking post-quantum cryptography in TLS. PQCrypto 2020
• NIST Post-Quantum Cryptography Standardization
• Open Quantum Safe. Software for prototyping quantum-resistant cryptography

Beginn

• sofort oder nach Absprache

Bei Interesse melden Sie sich bitte bei Johanna Henrich.