13 密钥协议如何？

密钥协商是在不安全信道上在两个实体之间建立共享秘密的必要步骤。与数字签名一样，依赖当今流行原语（如有限域 Diffie-Hellman (FFDH) 或椭圆曲线 Diffie-Hellman (ECDH)）的密钥协商算法也容易受到使用 Shor 算法的量子攻击。为解决这一问题，NIST 已在 FIPS 203 中标准化 ML-KEM（模块格密钥封装机制）。ML-KEM 是一种后量子安全的密钥封装机制 (KEM)，设计用于当今使用 FFDH 或 ECDH 的场景。

从握手双方随机性中派生共享秘密的 Diffie-Hellman 式设计不同，KEM 具有密钥生成步骤、封装步骤和解封装步骤。在客户端-服务器模型中，使用 ML-KEM 进行密钥协商的过程如下：

1. 服务器首先生成一个密钥对。封装（或“公共”）密钥分发给客户端。解封（或“专用”）密钥由服务器保留。
2. 当客户端希望与服务器建立安全信道并就对称密钥达成一致时，它基于随机种子执行 ML-KEM 封装操作，由此获得密文和共享秘密。然后将密文发送到服务器。
3. 服务器接收密文并执行解封装操作，得到与客户端相同的共享秘密。
4. 服务器和客户端现在可以使用共享秘密密钥进行通信。

ML-KEM 在软件中可以有良好性能，在 160MHz Cortex-M33 MCU 上封装时间低至 7ms。图 13-1 比较了 Arm Cortex-M0+ 和 Arm Cortex-M33 目标 MCU 上各安全级别的封装性能。

ML-KEM 除了被设计为量子安全之外，还具有其他理想的安全属性。值得注意的是，它支持 IND-CCA2（在选定密文攻击下的不可区分性）。这意味着，即使攻击者能够在从客户端到服务器的传输过程中（在封装与解封装之间）操纵密文，攻击者也不会获得优势或额外知识，因为解封装的输出始终与随机值不可区分。此外，ML-KEM 的输出可直接用作对称加密密钥，这为嵌入式应用带来了简便性，并可能消除额外密钥派生步骤的需要。