diplomová práce

Postkvantové šifrování na platformě Linux

Text práce 1.82 MB Příloha 34.53 kB

Autor práce: Ing. Jan Havlín

Ak. rok: 2025/2026

Vedoucí: prof. Ing. Jan Hajný, Ph.D.

Oponent: Ing. Tomáš Lieskovan, Ph.D.

Abstrakt:

Tato diplomová práce se zabývá tvorbou šifrátoru na platformě Linux. K šifrování je využita šifra AES-256-GCM, jejíž klíč je získán spojením tří nezávislých klíčů získaných algoritmy ECDH, ML-KEM768 a volitelným QKD. Práce se také zabývá optimalizací režijních procesů šifrátoru a tvorby kryptografického materiálu. Součástí je také rozšíření funkcionality ustanovení klíče o algoritmus HQC256, který funguje jako alternativa k
ML-KEM768. Práce dále obsahuje výsledky výkonových a zátěžových testů a porovnává je s výsledky testování šifrátoru hardwarového.

Klíčová slova:

OpenSSL, Boost::Asio, Šifrátor, Vlákno, Šifrování, Linux, PQC, ECDH, ML-KEM, QKD, HQC

Termín obhajoby

09.06.2026

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Student obhájil diplomovou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta. Otázky: 1) Tabulky 4.2 a 4.4 ukazují, že u protokolu UDP přenosová rychlost s rostoucím počtem CPU jader klesá. Čím si tento jev vysvětlujete? 2) Měření probíhalo pomocí linuxových jmenných prostorů na jediném zařízení. Jak toto uspořádání (sdílený procesor, absence reálné síťové latence a ztrátovosti) ovlivňuje naměřené rychlosti a nakolik jsou výsledky přenositelné na reálnou síť (např. trasu ČR–Estonsko)? 3) Hraje u přenosové rychlosti roli i paměť? 4) Aplikuje se šifrování stejně u UDP a TCP?

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Informační bezpečnost (MPC-IBE)

Složení komise

prof. Ing. Jan Hajný, Ph.D. (předseda)
JUDr. Ing. František Kasl, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jan Látal, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Ilgner, Ph.D. (člen)
Ing. František Urban, Ph.D. (člen)
Ing. Willi Lazarov (člen)
Ing. Peter Balušík (člen)
doc. Ing. Karol Molnár, Ph.D. (člen)

Posudek vedoucího
prof. Ing. Jan Hajný, Ph.D.

Práce je zaměřena na implementaci postkvantových mechanismů do Linuxového šifrátoru síťového provozu. Hlavní cíl práce, tj. implementace nového mechanismu ustanovení klíče HQC, považuji za splněný. Práce je dobře čitelná, jasně strukturovaná s dobře identifikovaným praktickým přínosem studenta. Oceňuji srovnání vyvinutého řešení s dalšími alternativami, zejména hardwarovým šifrátorem. Významným plusem je také experimentální provoz šifrátorů na trase ČR – Estonsko, kde student pracoval na DP v rámci stáže.

Po jazykové stránce obsahuje práce drobné nedostatky (zejména nejasné formulace, chybějící návaznosti), ty však nejsou nijak kritické. Formální stránka je v pořádku, rozsah odpovídá typu práce. Práce s literaturou je standardní, odkazů na další zdroje mohlo být více.

Během studia byl student velmi aktivní, pravidelně konzultoval a podílel se na činnostech nad rámec DP, což se odráží v hodnocení. Kladně hodnotím i publikaci v soutěži EEICT, která vznikla na základě DP. Celkově navrhuji hodnocení A / 90b. Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 90

Známka navržená vedoucím: A

Student vybral a ověřil vhodné knihovny, implementoval algoritmus HQC, dodal funkční software, dokumentaci i výsledky funkčních a výkonových testů a provedl srovnání s hardwarovým (FPGA) šifrátorem. Funkčnost řešení byla nezávisle ověřena. Za cenné považuji reálné nasazení na trase ČR–Estonsko ve spolupráci s firmou Cybernetica. Práce je logicky strukturovaná, dobře čitelná a doprovázená vhodně volenými ukázkami kódu. Rozsah odpovídá typu práce, formální úroveň je v pořádku.

Hlavní rezervy spatřuji v hloubce interpretace dat: řada výsledků není komentována a nejsou vysvětleny anomálie – u protokolu UDP přenosová rychlost s rostoucím počtem jader klesá (tab. 4.2, 4.4). Nejsou pojmenována omezení testovací metodiky (obě strany běží na jednom stroji přes jmenné prostory, bez reálné síťové latence), srovnání s HW šifrátorem nemá společný pracovní bod (různý počet jader i MTU) a algoritmus HQC je opakovaně označován za „nestandardizovaný", ačkoli byl institucí NIST vybrán ke standardizaci v březnu 2025. Drobné nedostatky jsou i formální – nesoulad délky testu (text uvádí 8 hodin, tab. 4.5 délku „2 hodiny") a místy nejasné formulace. Práce s literaturou je standardní, odborných zdrojů mohlo být více. Uvedené nedostatky nesnižují praktickou hodnotu odvedené práce, ale ukazují prostor pro vyšší analytickou úroveň. Navrhované hodnocení: A / 90 bodů. Otázky k obhajobě:
  1. Tabulky 4.2 a 4.4 ukazují, že u protokolu UDP přenosová rychlost s rostoucím počtem CPU jader klesá. Čím si tento jev vysvětlujete?
  2. Měření probíhalo pomocí linuxových jmenných prostorů na jediném zařízení. Jak toto uspořádání (sdílený procesor, absence reálné síťové latence a ztrátovosti) ovlivňuje naměřené rychlosti a nakolik jsou výsledky přenositelné na reálnou síť (např. trasu ČR–Estonsko)?
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 90

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová