SNOVAS

SNOVA

SNOVA 是一套數位簽章演算法,已入選 NIST 後量子密碼(Post-Quantum Cryptography, PQC)計畫的 Round 3。目前版本的日期為 2026 年 8 月。

簡介

SNOVA 是 Unbalanced Oil and Vinegar(UOV)簽章方案的變體,設計上在非交換環上運作,以提升效率並縮小公鑰大小。傳統的 UOV 方案有公鑰過大的問題,SNOVA 則以金鑰—隨機性對齊技術(key-randomness alignment)來處理此問題;該技術能成功適應非交換環,且不受其非交換性的負面影響。

因應 Round 1 與 Round 2 評估期間所出現的密碼分析結果,SNOVA 方案已針對 Round 3 提交版本重新表述,以提供更具彈性的框架。近期研究顯示,SNOVA 可描述為:對採用 F_q[S] 結構的結構化 UOV 公鑰,施加與 MAYO 類似的 whipping 變換。由於環 F_q[S] 與擴張體 F_(q^l) 同構,此設計可與 QR-UOV 所採用的多項式矩陣技術相類比。

Round 3 的重新表述將簽章推廣至矩形矩陣的情形,從而得到由七個參數定義的方案:(v, o, q, l, r, m_1, m_2)。如此一來,whipping 維度 r 可成為獨立於 l 的參數,方程式個數 m_2 也可以獨立於公鑰矩陣個數 m_1 來選取。此一重新表述在安全性上帶來優勢,並在參數選擇上提供大得多的彈性,同時完全向後相容於 Round 2 版本。

優勢

  • 作為以 MQ 為基礎的簽章方案,SNOVA 保有多變量建構所特有的短簽章,同時大幅緩解傳統 MQ 方案所遭遇的公鑰過大問題。在所有安全等級上,SNOVA 的公鑰與簽章大小均小於 Falcon。
  • 計算需求不高,驗證快速。簽署與驗證是以相對簡單的矩陣運算與有限體運算實作而成。這些運算可在現代處理器上利用 AVX2、GFNI 等指令集有效加速。
  • 參數彈性高,安全裕度大。Round 3 的 SNOVA 支援矩形簽章。由此得到的框架可用七個參數來描述:(v,o,q,l,r,m_1,m_2)。這些參數提供相當大的彈性,可在公鑰大小、簽章大小、計算效能與對已知攻擊的抵抗能力之間取得平衡。此外也可選取保守的參數組,這類參數組的安全裕度大幅超出其目標 NIST 安全等級的最低要求。
  • SNOVA 在概念上雖是以非交換矩陣環建構而成,其具體運算卻主要由標準的有限體線性代數所組成。我們的 SageMath 版本以不到 600 行原始碼重現了官方的 SNOVA KAT 檔案。SNOVA 可視為 UOV 型的建構,再輔以經過精心設計的非交換矩陣結構。因此,此方案在概念上仍易於理解,也便於進行詳盡的代數分析與實作層面分析。

效能

下表列出所提出之各 SNOVA 實例的效能。大小的單位為位元組(byte),效能的單位為時脈週期數(cycles),於支援 AVX2 與 GFNI 的現代桌上型電腦(Intel Core Ultra 7 265K)上測得。

SL I

VariantpksksigKeyGenSignVerify
SNOVA_I_K37696528159,618584,188166,666
SNOVA_I_K_AES3769652887,169512,00494,164
SNOVA_I_B65696388170,468557,746141,919
SNOVA_I_B_AES65696388102,661489,98374,376
SNOVA_I_S101696272204,195397,921149,024
SNOVA_I_S_AES101696272132,758325,41878,305

SL III

VariantpksksigKeyGenSignVerify
SNOVA_III_K91296688416,4901,240,034349,462
SNOVA_III_K_AES91296688243,3111,061,262175,688
SNOVA_III_B141696532484,6261,226,638335,912
SNOVA_III_B_AES141696532303,6221,045,116156,118
SNOVA_III_S203296456562,0691,333,170356,953
SNOVA_III_S_AES203296456372,1651,141,612167,684

SL V

VariantpksksigKeyGenSignVerify
SNOVA_V_K121696896811,6802,573,021684,735
SNOVA_V_K_AES121696896548,9982,301,728424,527
SNOVA_V_B189196691955,4442,470,611679,221
SNOVA_V_B_AES189196691682,8232,192,284409,444
SNOVA_V_S2716965911,101,9532,619,986749,582
SNOVA_V_S_AES271696591823,1542,341,503465,939

資源

團隊

提交者

  • Lih-Chung Wang

團隊成員(依姓氏字母排序)

  • Chun-Yen Chou
  • Jintai Ding
  • Hao Guo
  • Yen-Liang Kuan
  • Jan Adriaan Leegwater
  • Ming-Siou Li
  • Peigen Li
  • Bo-Shu Tseng
  • Po-En Tseng
  • Chia-Chun Wang

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