Améliorer l’intégrité des données et la sécurité avec des fonctions de hachage accélérées et des arbres de Merkle dans cuPQC 0.4

TL;DR

• cuPQC SDK v0.4 introduit un support élargi des fonctions de hachage et des calculs complets d’arbres de Merkle pour accélérer les tâches d’intégrité des données et de sécurité sur les GPU. Source.
• La mise à jour étend cuHash en incluant SHA2, SHA3, SHAKE et Poseidon2-BabyBear, élargissant l’ensemble des primitives cryptographiques dans les kernels CUDA.
• Les arbres de Merkle permettent une vérification d’intégrité des données en O(logN) et soutiennent des preuves d’appartenance et des applications de confidentialité telles que les preuves à connaissance zéro (ZKPs).
• Ces ajouts renforcent les schémas de cryptographie post-quantique (PQC) tels que XMSS, LMS et SPHINCS+ avec des signatures sûres et résistantes au quantum.
• La conception de cuPQC met toujours l’accent sur des kernels fusionnés performants, l’optimisation lors de la liaison (LTO) et des APIs côté dispositif pour faciliter la composition de circuits cryptographiques dans des kernels GPU.

Contexte et arrière-plan

À mesure que les ensembles de données s’agrandissent, la sécurité et l’intégrité deviennent de plus en plus critiques. Des techniques cryptographiques telles que les preuves d’inclusion, les vérifications d’intégrité, la validation de la cohérence et les signatures numériques jouent un rôle central dans la protection des charges de travail critiques. cuPQC est conçu pour fusionner plusieurs opérations légères dans un seul kernel GPU, permettant des calculs cryptographiques rapides et efficaces. Le SDK propose le LTO et des APIs côté dispositif pour faciliter l’implémentation de tâches cryptographiques à haut débit avec un coût opérationnel réduit. La version actuelle étend cuPQC v0.3 en ajoutant un support robuste des hachages et des capacités d’Arbres de Merkle, élargissant la gamme d’applications possibles avec une cryptographie accélérée par GPU. Source. Dans ce cadre, les arbres de Merkle offrent un mécanisme évolutif pour vérifier l’intégrité des données à grande échelle. Dans un arbre Merkle binaire, les nœuds non-feuilles sont des hachages de leurs deux enfants, tandis que les feuilles représentent les hachages des blocs de données d’entrée. Une fois l’arbre construit, des preuves peuvent être générées pour n’importe quelle feuille et utilisées par des vérificateurs avec le nœud racine pour valider l’intégrité des données. Cette approche apporte des avantages d’efficacité par rapport à des chaînes de hachage linéaires, en particulier pour les flux de données importants ou les systèmes distribués. Source. L’intégration des arbres de Merkle avec des primitives de hachage accélérées soutient également les technologies de confidentialité modernes, notamment les ZKPs, permettant des vérifications rapides et privées sans divulguer les données sensibles. Lorsque combinées à des hachages comme Poseidon, les capacités de cuPQC deviennent encore plus adaptées aux protocoles de confidentialité. Source. La cryptographie post-quantique (PQC) est un autre domaine renforcé par ces mises à jour. Les schémas de signatures basés sur des hashes, tels que XMSS, LMS et SPHINCS+, dépendent de l’intégrité des arbres Merkle et de hachages robustes pour fournir des signatures résistantes aux attaques quantiques. cuPQC accélère ces schémas en fournissant un hachage rapide et une vérification basés sur l’arbre, aidant à préparer des protocoles cryptographiques pour l’avenir. Source. Si vous souhaitez explorer, vous pouvez télécharger cuPQC et commencer à l’intégrer à vos projets. La documentation complète offre des guides, des références API et des conseils de dépannage pour tirer le meilleur parti de ces fonctionnalités. Source.

Pourquoi cela compte (impact pour les développeurs/entreprises)

• Performances: en fusionnant des circuits cryptographiques dans des kernels GPU à haut débit et en utilisant LTO, cuPQC v0.4 réduit la latence et augmente le débit pour les tâches cryptographiques, cruciales pour les charges de travail à gros volume.
• Répertoire cryptographique élargi: le support étendu de hash offre plus de choix entre les familles de hachage, facilitant les décisions de conception pour la sécurité et la performance dans les nouveaux projets et les migrations.
• Vérification d’intégrité robuste: les preuves Merkle permettent une vérification évolutive, avec un coût computationnel minimal pour les grands ensembles de données.
• Confidentialité et sécurité: la combinaison de hachages et d’arbres Merkle soutient les protocoles de confidentialité et les ZKPs, avec Poseidon optimisant les performances dans les workflows de confidentialité.
• Préparation PQC: ces capacités soutiennent les schémas de signatures résistants aux quanta et les protocoles à venir, en offrant des fondations solides pour la cryptographie post-quantique. Source.

Détails techniques ou Implémentation

CuPQC est conçu pour fusionner divers circuits cryptographiques dans des kernels GPU, en tirant parti des APIs côté dispositif et du LTO pour réduire l’overhead et maximiser le débit. Dans la version v0.4, deux axes principaux ont été renforcés:

• Primitivas cuHash: le support s’étend à SHA2, SHA3, SHAKE et Poseidon2-BabyBear, permettant une variété de choix de hachage à l’intérieur des kernels cuPQC. Source.
• Calculs avec les arbres de Merkle: les arbres de Merkle sont construits avec des feuilles correspondant aux blocs de données, et les nœuds internes sont obtenus par le hash des enfants. Le chemin de la feuille à la racine comporte les hachages frères, formant la preuve nécessaire pour recomposer et vérifier la racine. Cette approche offre une complexité logarithmique pour les preuves et les vérifications, facilitant la vérification rapide sur de grands ensembles de données. Source. Pour illustrer le flux, imaginons générer une preuve Merkle pour la feuille H_E = Hash(Data E) : la preuve comprend les nœuds frères nécessaires à chaque niveau, tels que [H_F, H_GH, H_ABCD], que le vérificateur utilise avec le hash racine connu pour recomposer et valider la preuve. Si le hachage recalculé correspond à la racine connue, la preuve est valide. Ce processus illustre l’efficacité et l’évolutivité des arbres Merkle pour la vérification d’intégrité. Source. En combinant ces avancées, les flux cryptographiques dans les GPUs couvrent:
• Les signatures basées sur hash dans les schémas PQC (XMSS, LMS, SPHINCS+) qui reposent sur la structure Merkle et des hachages robustes.
• Les protocoles ZKP qui bénéficient de vérifications rapides et privées sans divulguer les données sensibles. Poseidon est mis en évidence comme un hachage optimisé pour les performances et la confidentialité dans les contextes ZKP. Source. Si vous souhaitez explorer, téléchargez le cuPQC et commencez à l’intégrer dans vos projets. La documentation complète propose des guides, des références API et des conseils de dépannage pour tirer le meilleur parti de ces fonctionnalités. Source.

Points clés

• cuPQC v0.4 étend les capacités cryptographiques sur les GPUs avec un support élargi des hash et des calculs complets d’arbres Merkle.
• Les familles de hash incluent SHA2, SHA3, SHAKE et Poseidon2-BabyBear, offrant plus de choix dans les kernels.
• Les arbres de Merkle permettent des preuves d’appartenance en temps logarithmique et une vérification d’intégrité efficace pour de grands ensembles de données.
• Les nouveautés soutiennent les flux de confidentialité et de cryptographie post-quantique, y compris ZKPs et schémas PQC.
• L’architecture met l’accent sur des kernels fusionnés haute performance, LTO et APIs côté dispositif pour faciliter la composition de circuits cryptographiques dans le code CUDA.

Références

• https://developer.nvidia.com/blog/improve-data-integrity-and-security-with-accelerated-hash-functions-and-merkle-trees-in-cupqc-0-4/