ML-DSA (Module-Lattice-Based Digital Signature Algorithm) ist der Post-Quanten-Digitalsignaturstandard, der vom NIST im August 2024 in FIPS 204 veröffentlicht wurde und auf dem CRYSTALS-Dilithium-Algorithmus basiert.
ML-DSA ist ein quantenresistenter digitaler Signaturalgorithmus, der Authentizität und Integrität nachweist und RSA- und ECDSA-Signaturen ersetzt. Das NIST standardisierte ihn im August 2024 als FIPS 204 auf Basis von CRYSTALS-Dilithium mit drei Parametersätzen: ML-DSA-44, ML-DSA-65 und ML-DSA-87. Er eignet sich hervorragend für die Codesignierung, die Dokumentensignierung und die Zertifikatsauthentifizierung.
Wichtige Erkenntnisse
- ML-DSA ist der primäre Post-Quanten-Digitalsignaturstandard des NIST und wurde im August 2024 als FIPS 204 veröffentlicht.
- Es handelt sich um die standardisierte Form von CRYSTALS-Dilithium, basierend auf den MLWE- und MSIS-Gitterproblemen.
- Drei Parametersätze (ML-DSA-44/65/87) entsprechen in etwa der Sicherheit von AES-128, 192 und 256.
- ML-DSA-65 ist der empfohlene Standard fĂĽr die meisten Anwendungen.
- Es ersetzt RSA- und ECDSA-Signaturen und eignet sich hervorragend fĂĽr die Signierung von Code und Firmware.
Was ist ML-DSA?
ML-DSA ist ein Post-Quanten-Signaturalgorithmus. Eine digitale Signatur beweist, dass eine Nachricht, Datei oder ein Zertifikat von einem bestimmten privaten Schlüssel stammt und nicht verändert wurde – eine Funktion, die heute von RSA und ECDSA übernommen wird. Das NIST standardisierte ML-DSA im August 2024 in FIPS 204, zusammen mit ML-KEM (FIPS 203) für die Schlüsselerzeugung.
Warum ML-DSA wichtig ist
Digitale Signaturen bilden die Grundlage für das Vertrauen in Software, Dokumente und Zertifikate. Heutige Signaturen basieren auf RSA und elliptischer Kurvenkryptographie , die ein Quantencomputer mit Shors Algorithmus fälschen könnte. ML-DSA hingegen basiert auf Gitterproblemen, für die kein effizienter Quantenangriff bekannt ist. Daher bleiben damit erstellte Signaturen auch in einer post-quantenmechanischen Welt vertrauenswürdig. Dies ist besonders wichtig für Dokumente, die heute signiert werden und über Jahre hinweg verifizierbar bleiben müssen, wie beispielsweise Firmware und langlebiger Code.
Wie ML-DSA funktioniert
ML-DSA basiert auf den Problemen „Module Learning With Errors“ (MLWE) und „Module Short Integer Solution“ (MSIS). Wie andere Signaturverfahren verwendet es drei Operationen: Die Schlüsselgenerierung erzeugt ein öffentliches und ein privates Schlüsselpaar, die Signierung verwendet den privaten Schlüssel, um eine Signatur für eine Nachricht zu erstellen, und die Verifizierung verwendet den öffentlichen Schlüssel, um zu bestätigen, dass die Signatur gültig ist und die Nachricht unverändert bleibt.
ML-DSA-Parametersätze
FIPS 204 definiert drei Parametersätze, die die Sicherheitsstärke gegen die Größe von Signatur und Schlüssel abwägen.
| Parametersatz | Sicherheitsstufe | Typische Verwendung |
|---|---|---|
| ML-DSA-44 | Ungefähr AES-128 (Level 2) | Leichtgewicht erforderlich. |
| ML-DSA-65 | Ungefähr AES-192 (Level 3) | Empfohlene Standardeinstellung für die meisten Anwendungen. |
| ML-DSA-87 | Ungefähr AES-256 (Level 5) | Höchste Sicherheitsstandards, einschließlich nationaler Sicherheitssysteme. |
ML-DSA vs. Codesignierung
Die Signierung von Code und Firmware zählt zu den dringlichsten Anwendungsfällen für ML-DSA, da signierte Artefakte über viele Jahre im Einsatz bleiben können. Die US-amerikanische CNSA-2.0- Richtlinie schreibt für nationale Sicherheitssysteme die Verwendung quantenresistenter Signaturen für die Signierung von Software und Firmware vor, deren ausschließliche Nutzung ab 2027 angestrebt wird. Die Umstellung der Signierung auf ML-DSA, oft zunächst in hybrider Form, schützt die Integrität von Software bis weit ins Quantenzeitalter hinein. Siehe auch: Was sind Hybridzertifikate?
Wie VerschlĂĽsselungsberatung hilft
Die PQC-Beratung von Encryption Consulting unterstützt Sie bei der Einführung von ML-DSA im Rahmen einer umfassenderen Migration. CodeSign Secure ermöglicht die Signierung von Code und Firmware nach der Quantenzerlegung, sodass Ihre Signaturen auch im Quantenzeitalter gültig bleiben. Die Lösungen basieren auf ISO/IEC 27001:2022- und SOC 2-zertifizierten Verfahren.
Häufig gestellte Fragen
Ist ML-DSA dasselbe wie Dilithium?
ML-DSA ist die standardisierte Version von CRYSTALS-Dilithium. Dilithium wurde im NIST-Wettbewerb für Post-Quanten-Verschlüsselung ausgewählt und im August 2024 von NIST in FIPS 204 als ML-DSA standardisiert. Die Namen bezeichnen dasselbe Signaturverfahren, ML-DSA ist jedoch der offizielle Standardname für die zukünftige Verwendung.
Worin besteht der Unterschied zwischen ML-DSA und ML-KEM?
Sie erfüllen unterschiedliche Aufgaben. ML-DSA (FIPS 204) ist ein Algorithmus für digitale Signaturen, der zur Authentizitäts- und Integritätsprüfung dient und RSA- und ECDSA-Signaturen ersetzt. ML-KEM (FIPS 203) ist ein Schlüsselkapselungsmechanismus zur Erzeugung eines gemeinsamen geheimen Schlüssels und ersetzt RSA und den Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch. Viele Systeme verwenden beide gemeinsam.
Welchen ML-DSA-Parametersatz sollte ich verwenden?
ML-DSA-65 ist für die meisten Anwendungen die empfohlene Standardeinstellung und bietet eine Sicherheit, die in etwa der von AES-192 entspricht. ML-DSA-44 ist die ressourcenschonendste Option (AES-128-Niveau), während ML-DSA-87 höchste Sicherheitsanforderungen, wie beispielsweise für nationale Sicherheitssysteme (AES-256-Niveau), erfüllt. Die Wahl des Algorithmus berücksichtigt die Sicherheitsanforderungen sowie die Größe von Signatur und Schlüssel.
Wozu wird ML-DSA verwendet?
ML-DSA ist ein universeller Post-Quanten-Signaturalgorithmus. Er eignet sich für die Signatur von Code, Firmware, Dokumenten und Zertifikaten sowie für die Protokollauthentifizierung – überall dort, wo eine digitale Signatur den Urheber und die Unveränderlichkeit eines Dokuments beweist. Er ist ein direkter, quantensicherer Ersatz für ECDSA- und RSA-Signaturen.
Ist ML-DSA quantensicher?
ML-DSA ist so konzipiert, dass es sowohl klassischen als auch Quantenangriffen widersteht. Seine Sicherheit beruht auf der Schwierigkeit der Probleme „Lernen mit Fehlern“ (MLWE) und „Kurzzahllösung“ (MSI), für die kein effizienter Quantenalgorithmus bekannt ist. Das NIST hat es in FIPS 204 speziell als quantenresistentes Signaturverfahren standardisiert.
Post-Quanten-Signaturen ĂĽbernehmen
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