Post-quantum cryptographic adaptations for legacy systems: methodologies for blockchain redactability and tls protocol evolution

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Astrizi, Thiago Leucz
Orientador(a): Custodio, Ricardo Felipe
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Link de acesso: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/268872
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, Florianópolis, 2025.
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spelling Universidade Federal de Santa CatarinaAstrizi, Thiago LeuczCustodio, Ricardo Felipe2025-09-15T23:32:46Z2025-09-15T23:32:46Z2025393700https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/268872Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, Florianópolis, 2025.Esta tese de doutorado se propõe a atacar o problema da dificuldade de migração de tecnologias cllássicas para pós-quânticas, e para isso se desenvolve em duas linhas de pesquisa complementares. A primeira contribuição apresenta um framework teórico e implementação prática para construção de blockchains redatáveis pós-quânticos utilizando mecanismos especializados de encadeamento baseados em funções hash camaleão com propriedades de pré-imagem. Esta abordagem permite mutabilidade controlada enquanto mantém a integridade criptográfica, solucionando limitações-chave em frameworks blockchain existentes. A segunda contribuição aborda os desafios da transição do protocolo Transport Layer Security (TLS) 1.3 para segurança pós-quântica sem interromper a infraestrutura existente. Ao integrar estrategicamente criptografia baseada em identidade (IBE) com criptografia clássica, propomos um mecanismo hí- brido que facilita trocas de chaves pós-quânticas preservando compatibilidade com as cadeias de certificados e mecanismos de autenticação atuais. Avaliações experimentais rigorosas conduzidas em diversos ambientes de rede demonstram a viabilidade e características de desempenho de ambas as propostas: nossa blockchain redatável mostrou-se mais rápida que outras alternativas e a proposta para TLS obteve desempenho competitivo em relação a outros algoritmos em testes de alta largura de banda e baixa latência. As metodologias apresentadas foram implementadas como soluções de código aberto para incentivar pesquisas futuras e adoção prática no campo da criptografia pós-quântica.Abstract: This doctoral thesis aims to address the challenge of migrating from classical to post-quantum technologies through two complementary research directions. The first contribution introduces a theoretical framework and practical implementation for constructing post-quantum redactable blockchains utilizing specialized chaining mechanisms based on chameleon hash functions with preimage properties. This approach enables controlled mutability while maintaining cryptographic integrity, addressing key limitations in existing blockchain frameworks. The second contribution addresses the challenges of transitioning the Transport Layer Security (TLS) 1.3 protocol to post-quantum security without disrupting existing infrastructure. By strategically integrating identity-based encryption (IBE) with classical cryptography, we propose a hybrid mechanism that facilitates post-quantum key exchanges while preserving compatibility with current certificate chains and authentication mechanisms. Rigorous experimental evaluations conducted across various network environments demonstrate the viability and performance characteristics of both proposals: our redactable blockchain proved to be faster than other alternatives, and the proposed solution for TLS achieved competitive performance compared to other algorithms in high-bandwidth, low-latency tests.. The methodologies presented herein have been implemented as open-source solutions to encourage further research and practical adoption in the field of post-quantum cryptography.158 p.| il., gráfs.engComputaçãoBlockchains (Base de dados)Criptografia de dados (Computação)Computação quânticaPost-quantum cryptographic adaptations for legacy systems: methodologies for blockchain redactability and tls protocol evolutioninfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALPGCC1315-T.pdfPGCC1315-T.pdfapplication/pdf1381600https://repositorio.ufsc.br/bitstream/123456789/268872/-1/PGCC1315-T.pdf6a2b169204f25452c27cfbbc4f575811MD5-1123456789/2688722025-09-15 20:32:47.238oai:repositorio.ufsc.br:123456789/268872Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestsandra.sobrera@ufsc.bropendoar:23732025-09-15T23:32:47Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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