Seminar Fast RSA + PQ Blind Signatures Engineering

Inhaltsverzeichnis

• Abstract
• Zielbild und Nutzen
• Zielgruppe
• Voraussetzungen
• Lernziele
• Inhalte und Agenda
• Ergebnisse und Transfer-Artefakte

Abstract

Das Seminar vermittelt Crypto-Engineering für hochperformante RSA-Implementierungen und führt in blinde Signaturen ein, inklusive post-quantum (PQ) Blind-Signature-Ansätzen. Schwerpunkt sind modulare Exponentiation, Big-Integer-Performance, konstante Laufzeit, Side-Channel-Risiken sowie ein belastbares Benchmarking- und Testvorgehen. Ergänzend werden Migrations- und Integrationsmuster für Blind-Signatures in Privacy- und Payment-Workflows behandelt, inklusive Sicherheitsanforderungen, Protokoll-Schnittstellen und Operationalisierung.

Zielbild und Nutzen

• Reduzierung kryptographischer Latenzen in Signier- und Verifikationspfaden
• Reproduzierbare Performance-Messung (Microbenchmarks, End-to-End-Benchmarks)
• Härtung gegen Timing-, Cache- und Microarchitectural-Leaks
• Design-Checklisten für Blind-Signature-Integrationen (Token, Privacy-Pass-ähnliche Muster, Payment-Workflows)
• PQ-Readiness: Kriterien für PQ-Verfahren, Hybrid-Ansätze, Migrationsfahrplan

Zielgruppe

• Security Engineers, Crypto Engineers, Performance Engineers
• Maintainer von TLS-, Payment-, Privacy- oder Identity-Komponenten
• Entwicklerteams, die Signaturen in High-Throughput- oder Low-Latency-Systemen einsetzen

Voraussetzungen

• Solide Grundlagen: RSA, Hashing, Signaturen, Threat Modeling
• Programmierpraxis in C oder Rust
• Grundverständnis CPU/Cache, Benchmarking, Build-Tooling
• Optional: Erfahrung mit Crypto-Libraries (libgcrypt, mbedTLS, nettle, GMP oder vergleichbar)

Lernziele

• RSA-Engpässe in modularer Exponentiation identifizieren und gezielt optimieren
• Korrekte und sichere Blind-Signature-Protokolle unterscheiden (Padding, Randomness, Replay-Resistenz)
• PQ Blind-Signature-Ansätze einordnen (Sicherheitsannahmen, Größen, Performance, Implementierungsrisiken)
• Side-Channel-Resilienz auf Code- und Build-Ebene verbessern
• Teststrategie definieren: Vektoren, Fuzzing, Differential Tests, Timing-Budgets

Inhalte und Agenda (Tag 1–4)

Tag 1: RSA-Performance-Grundlagen und Messmethodik

• Performance-Kerne: Big-Integer-Arithmetik, Montgomery-Multiplikation, Exponentiation
• Kostenmodelle: Keysize, CRT, Exponentwahl, Verifikation vs. Signatur
• Benchmarking-Framework: Warmup, CPU-Pinning, TSC/Clock-Quellen, Varianz, Regression-Tracking
• Sicherheitsanforderungen: konstante Laufzeit, Fehlerpfade, Branching, Memory-Zeroization
• Baseline-Benchmarks und Profiler-Setup

Tag 2: Blind Signatures mit RSA

• Blind-Signature-Workflows: Blinding, Signieren, Unblinding, Unlinkability-Ziele
• Encoding/Padding und Missbrauchsklassen: „Signer signs attacker-chosen structure“
• Replay, One-More-Unforgeability, Domain Separation, Token-Lifecycle
• Implementationsdetails: RNG, Determinismus-Tradeoffs, Input-Validation, Key-Management
• Minimaler Blind-Signature-Flow mit Testvektoren und Negativtests

Tag 3: Hardening und konstante Laufzeit

• Timing- und Cache-Leaks: typische RSA-Fallen in Exponentiation und Bigints
• Constant-Time Patterns: Tabellenzugriffe, Windowed Exponentiation, Branchless Auswahl
• Fault Handling: Blinding auf Signer-Seite, Error Oracles, Side-Channel über Fehlercodes
• Testmethoden: statistical timing tests, differential benchmarking, CI-Gates
• Hotspot-Härtung und Regression-Checks

Tag 4: PQ Blind Signatures und Integrationsmuster

• PQ-Signaturen und PQ Blind-Signature-Ansätze: Einordnung und Engineering-Constraints
• Hybrid-Designs: klassische + PQ Signaturen, Übergangsstrategien, Kompatibilitätslayer
• Integrationsarchitektur: Token-Issuance, Privacy-Preserving Attestation, Payment/Receipt-Workflows
• Operative Aspekte: Observability ohne Privacy-Leaks, Rate-Limits, Abuse-Handling, Key-Rotation
• Design Review einer Blind-Signature-Integration inkl. Threat Model und Performance Budget

Ergebnisse und Transfer-Artefakte

• Benchmark- und Regression-Template (CI-tauglich)
• Threat-Model-Checkliste für Blind-Signature-Komponenten
• „Do/Don’t“-Katalog für RSA/Blind-Signature-Implementierungen
• Migrations-Canvas: Classic → Hybrid → PQ-First