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FIPS 204-Compatible Threshold ML-DSA via Shamir Nonce DKG

यह शोध पत्र पहले FIPS 204-संगत थ्रेशोल्ड ML-DSA स्कीम को प्रस्तुत करता है जो एक नवीन शमीर नॉन्स (Shamir nonce) DKG और पेयरवाइज़-कैंसलिंग (pairwise-canceling) PRF मास्क के माध्यम से बिना शर्त नॉन्स शेयर गोपनीयता और मानक हस्ताक्षर अनुकूलता प्राप्त करता है, जो विभिन्न समन्वयक-आधारित (coordinator-based) और पूर्णतः वितरित प्रोफाइलों में मनमाने थ्रेशोल्ड के साथ सुरक्षित हस्ताक्षरकरण को सक्षम बनाता है।

मूल लेखक: Leo Kao

प्रकाशित 2026-03-05
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मूल लेखक: Leo Kao

मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

कल्पना कीजिए कि आपके पास एक अति-सुरक्षित डिजिटल वॉल्ट (जैसे एक बैंक खाता या सरकारी सील) है जिसे खोलने के लिए एक विशिष्ट कुंजी (key) की आवश्यकता होती है। पुराने समय में, आप यह कुंजी एक व्यक्ति को दे सकते थे। लेकिन यदि वह व्यक्ति हैक हो जाता है, या कुंजी खो देता है, या वह बेईमान हो जाता है, तो पूरा सिस्टम खतरे में पड़ जाता है।

इसे ठीक करने के लिए, हम थ्रेशोल्ड सिग्नेचर (Threshold Signatures) का उपयोग करते हैं। एक कुंजी के बजाय, हम कुंजी को NN टुकड़ों (shards) में विभाजित करते हैं और NN अलग-अलग लोगों को देते हैं। वॉल्ट खोलने के लिए, आपको सभी की आवश्यकता नहीं है; आपको बस उनमें से एक विशिष्ट संख्या (मान लीजिए 5 में से 3) की आवश्यकता है जो अपने टुकड़ों को मिलाकर एक लेनदेन पर हस्ताक्षर कर सकें।

अब, कल्पना कीजिए कि दुनिया बदल रही है। क्वांटम कंप्यूटर आ रहे हैं, और वे हमारे वर्तमान तालों को तोड़ देंगे। अमेरिकी सरकार (NIST) ने अभी-अभी एक नया, क्वांटम-प्रूफ ताला जारी किया है जिसे ML-DSA (FIPS 204) कहा जाता है।

समस्या:
जबकि हमारे पास पुराने तालों (जैसे ECDSA) के लिए कुंजियों को विभाजित करने के शानदार तरीके हैं, ML-DSA के ताले को विभाजित करना अविश्वसनीय रूप से कठिन है।

  1. "रिजेक्शन" ट्रैप (The "Rejection" Trap): ML-DSA एक खेल की तरह काम करता है जैसे "संख्या का अनुमान लगाना"। यदि अनुमान थोड़ा भी गलत होता है, तो आपको फिर से शुरुआत करनी पड़ती है। एक अकेले व्यक्ति के मामले में, ऐसा लगभग 20% समय होता है। लेकिन यदि आप पुराने तरीकों का उपयोग करके काम को 5 लोगों के बीच विभाजित करने का प्रयास करते हैं, तो सफलता की संभावना लगभग शून्य तक गिर जाती है। यह ऐसा है जैसे 5 लोगों को एक दूसरे को एक रहस्य फुसफुसाने के लिए कहने की कोशिश करना, लेकिन शोर इतना तेज है कि वे कभी भी उत्तर पर सहमत नहीं हो पाते।
  2. आकार की समस्या (The Size Problem): इसे ठीक करने के पिछले कुछ प्रयासों ने डिजिटल "हस्ताक्षर" (रसीद) को बहुत बड़ा बना दिया—सामान्य से 5 गुना बड़ा। यह मौजूदा प्रणालियों के साथ अनुकूलता को तोड़ देता है, जैसे कि साइकिल के पहिये पर ट्रक का टायर लगाने की कोशिश करना।

समाधान: "शमीर नॉन्स डीकेजी" (Shamir Nonce DKG)
यह शोध पत्र प्रस्तुत करता है कि कैसे "नॉन्स" (वह रैंडम नंबर जो खेल में उपयोग किया जाता है) के लिए विशेष रूप से शमीर सीक्रेट शेयरिंग (एक गणितीय तरीका जिससे रहस्यों को विभाजित किया जाता है) का उपयोग करके ML-DSA ताले को विभाजित करने का एक नया तरीका बनाया जा सकता है।

यहाँ उपमा (Analogy) दी गई है:

उपमा: ऑर्केस्ट्रा और कंडक्टर

कल्पना कीजिए कि संगीतकारों का एक समूह (हस्ताक्षरकर्ता) एक बहुत ही सख्त कंडक्टर (सत्यापनकर्ता) के लिए एक गीत (हस्ताक्षर) बजाने (बनाने) की कोशिश कर रहा है।

पुराना तरीका (शोर की समस्या):
पुराने प्रयासों में, प्रत्येक संगीतकार को अपना हिस्सा जोर से चिल्लाकर सुनाना पड़ता था ताकि हर कोई सुन सके। लेकिन क्योंकि वे चिल्ला रहे थे, ध्वनि विकृत हो गई। इसे ठीक करने के लिए, उन्हें इतनी "स्टैटिक नॉइज़" (static noise) जोड़नी पड़ी कि गाना पहचानने योग्य नहीं रहा (विशाल हस्ताक्षर) या वे धुन पर सहमत ही नहीं हो पाए (विफल प्रयास)।

नया तरीका (फुसफुसाता हुआ ऑर्केस्ट्रा):
यह शोध पत्र एक नया तरीका पेश करता है जहाँ संगीतकार चिल्लाते नहीं हैं। इसके बजाय, वे शमीर नॉन्स डीKG (डिस्ट्रीब्यूटेड की जनरेशन) का उपयोग करते हैं।

  1. गुप्त संगीत पत्र (The Secret Sheet Music): कॉन्सर्ट से पहले, संगीतकार एक गुप्त संगीत पत्र (सीक्रेट की) पर सहमत होते हैं। वे इस संगीत को एक विशेष गणितीय ट्रिक (शमीर शेयरिंग) का उपयोग करके टुकड़ों में विभाजित करते हैं।
  2. इम्प्रोवाइजेशन (The Nonce): प्रत्येक गीत के लिए, उन्हें एक रैंडम धुन (नॉन्स) की आवश्यकता होती है। अतीत में, उन्होंने व्यक्तिगत रूप से इस धुन का अनुमान लगाने की कोशिश की, जिसके कारण "रिजेक्शन ट्रैप" पैदा हुआ।
    • नवाचार: व्यक्तिगत रूप से अनुमान लगाने के बजाय, वे मिलकर एक धुन जनरेट करते हैं। प्रत्येक संगीतकार एक छोटा सा पॉलीनोमियल (गणितीय वक्र) लिखता है। जब वे अपने हिस्सों को मिलाते हैं, तो उन्हें एक पूर्ण, रैंडम धुन मिलती है जिसे कोई भी अकेला व्यक्ति नहीं जानता, लेकिन इसमें सभी का योगदान होता है।
    • जादू: क्योंकि वे एक विशिष्ट प्रकार के वक्र (शमीर) का उपयोग कर रहे हैं, इसलिए यदि कोई हैकर 3 में से 2 संगीतकारों के नोट्स चुरा भी लेता है, तो भी वे धुन का पता नहीं लगा पाएंगे। शेष नोट्स एक "वन-टाइम पैड" की तरह कार्य करते हैं, जिससे यह रहस्य गणितीय रूप से क्रैक करना असंभव हो जाता है जब तक कि पूरा समूह साथ न हो।

"पेयरवाइज-कैंसलिंग मास्क" (शोर रद्द करने वाले हेडफ़ोन)
एक और बाधा है। जब संगीतकार कंडक्टर को अपने हिस्से भेजते हैं, तो उन्हें अपने व्यक्तिगत योगदान को छिपाने की आवश्यकता होती है ताकि कोई धुन चुरा न सके।

  • शोध पत्र पेयरवाइज-कैंसलिंग मास्क (Pairwise-Canceling Masks) का उपयोग करता है। कल्पना कीजिए कि प्रत्येक जोड़ी (pair) के संगीतकारों के पास एक गुप्त "शोर-रद्द करने वाला" कोड है। जब वे अपने नोट्स भेजते हैं, तो वे अपना शोर जोड़ते हैं। लेकिन क्योंकि शोर को उनके साथी के शोर को रद्द करने के लिए सटीक रूप से गणना किया गया है, इसलिए जब कंडक्टर सब कुछ जोड़ता है, तो शोर गायब हो जाता है, और केवल शुद्ध धुन शेष रहती है।
  • यह गोपनीयता सुनिश्चित करता है बिना हस्ताक्षर को विशाल बनाए।

तीन "डिप्लॉयमेंट प्रोफाइल" (ऑर्केस्ट्रा को कैसे चलाएं)

यह शोध पत्र आपके पास कितने भरोसे का स्तर है, इसके आधार पर इस प्रणाली को चलाने के तीन तरीके प्रदान करता है:

  1. प्रोफाइल P1 (विश्वसनीय कंडक्टर): आपके पास एक सुपर-सुरक्षित, छेड़छाड़-मुक्त कंप्यूटर (एक TEE/HSM) है जो कंडक्टर के रूप में कार्य करता है। यह एक सीलबंद बॉक्स में कठिन गणित करता है।
    • लाभ: सबसे तेज़ (5.8ms)।
    • हानि: आपको हार्डवेयर निर्माता पर भरोसा करना होगा।
  2. प्रोफाइल P2 (शुद्ध लोकतंत्र): कोई विश्वसनीय हार्डवेयर नहीं। हर कोई एक-दूसरे को सत्यापित करने के लिए जटिल गणित (MPC) का उपयोग करके एक-दूसरे से बात करता है।
    • लाभ: किसी हार्डवेयर भरोसे की आवश्यकता नहीं; भले ही अधिकांश लोग बुरे तत्व हों, सिस्टम बना रहता है।
    • हानि: धीमा (21.5ms) और अधिक संचार की आवश्यकता होती है।
  3. प्रोफाइल P3+ (सेमी-एसिंक्रोनस टीम): यह वास्तविक दुनिया के मनुष्यों के लिए है। संगीतकार अपना हिस्सा ऑफलाइन तैयार करते हैं (कॉफी पीते समय)। जब "गो" (Go) सिग्नल आता है, तो वे बस एक समय सीमा के भीतर अपना हिस्सा भेजते हैं।
    • लाभ: बहुत लचीला; उन मनुष्यों के लिए बहुत अच्छा जो बिल्कुल एक ही सेकंड में ऑनलाइन नहीं रह सकते।
    • हानि: थोड़ा सेटअप आवश्यक है।

यह क्यों महत्वपूर्ण है

  • यह मानक है: परिणामी हस्ताक्षर का आकार बिल्कुल वही (3.3 KB) है जो एक सामान्य ML-DSA हस्ताक्षर का होता है। मौजूदा प्रणालियाँ बिना किसी बदलाव के इसे सत्यापित कर सकती हैं।
  • यह तेज़ है: यह मिलीसेकंड में काम करता है, जो एक अकेले व्यक्ति के हस्ताक्षर करने के बराबर है।
  • यह सुरक्षित है: यह केवल "आशा" या जटिल धारणाओं पर निर्भर नहीं है। यह शुद्ध गणित (सांख्यिकी) का उपयोग करके यह सिद्ध करता है कि भले ही कोई हैकर कुछ टुकड़े चुरा ले, तो भी वह कुछ भी नहीं जान पाता।
  • यह "स्केलेबिलिटी गैप" को हल करता है: पिछले तरीकों में समस्या आती थी जब आप 6 से अधिक लोगों का उपयोग करने का प्रयास करते थे। यह 3, 16, या यहाँ तक कि 32 लोगों के लिए भी काम करता है।

सारांश में:
यह शोध पत्र एक नए तरीके के आविष्कार की तरह है जिससे एक समूह एक जटिल, क्वांटम-प्रूफ गीत गा सकता है। इसमें हर कोई चिल्लाकर एक-दूसरे को दबाने के बजाय, एक गुप्त, समन्वित फुसफुसाहट तकनीक का उपयोग करता है जो यह सुनिश्चित करती है कि गीत एकदम सही हो, दर्शक (सत्यापनकर्ता) इसे स्पष्ट रूप से सुनें, और समूह में से कोई भी धुन चुरा न सके। यह भविष्य के सुरक्षित, वितरित डिजिटल हस्ताक्षरों को वास्तव में व्यावहारिक बनाता है।

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