使用AWS KMS和ML-DSA创建后量子签名指南

使用AWS KMS和ML-DSA创建后量子签名

随着量子计算能力的发展，AWS致力于帮助客户应对公钥密码学面临的新威胁。我们宣布将FIPS 204模块化格基数字签名标准(ML-DSA)集成到AWS密钥管理服务(KMS)中。客户现在可以通过熟悉的AWS KMS API（包括CreateKey、Sign和Verify操作）创建和使用ML-DSA密钥。此新功能已正式发布，您可以在以下AWS区域使用ML-DSA：美国西部（北加州）和欧洲（米兰），其他商业区域将在未来几天跟进。

新增功能

AWS KMS提供三种新的密钥规格：

• ML_DSA_44：相当于128位经典加密安全级别
• ML_DSA_65：相当于192位安全级别
• ML_DSA_87：相当于256位安全级别

这些密钥规格与新的签名算法ML_DSA_SHAKE_256配合使用，该算法采用NIST标准化的SHAKE256哈希函数。

密钥规格	NIST安全等级	公钥大小(B)	私钥大小(B)	签名大小(B)
ML_DSA_44	1 (128位)	1312	2560	2420
ML_DSA_65	3 (192位)	1952	4032	3309
ML_DSA_87	5 (256位)	2592	4896	4627

创建ML-DSA密钥

使用AWS CLI创建非对称KMS密钥：

aws kms create-key --key-spec ML_DSA_65 --key-usage SIGN_VERIFY

签名操作示例

RAW签名模式（消息小于4096字节）

aws kms sign \
    --key-id <your-key-id> \
    --message 'eyJ0eXAiOiJKV1QiLA0KICJhbGciOiJNTC1EU0EtNjUifQ...' \
    --message-type RAW \
    --signing-algorithm ML_DSA_SHAKE_256 \
    --output text \
    --query Signature | base64 --decode > ExampleSignature.bin

EXTERNAL_MU签名模式（大消息处理）

1. 获取公钥：

aws kms get-public-key --key-id <your-key-id> --output text --query PublicKey | base64 --decode > public_key.der

2. 生成mu摘要：

{
    openssl asn1parse -inform DER -in public_key.der -strparse 17 -noout -out - 2>/dev/null |
    openssl dgst -provider default -shake256 -xoflen 64 -binary;
    printf '\x00\x00';
    echo -n "your_message_here"
} | openssl dgst -provider default -shake256 -xoflen 64 -binary > mu.bin

3. 使用KMS签名：

aws kms sign \
    --key-id <your-key-id> \
    --message fileb://mu.bin \
    --message-type EXTERNAL_MU \
    --signing-algorithm ML_DSA_SHAKE_256 \
    --output text \
    --query Signature | base64 --decode > ExampleSignature.bin

签名验证

使用AWS KMS验证

aws kms verify \
    --key-id <your-key-id> \
    --message "your_message_here" \
    --message-type RAW \
    --signing-algorithm ML_DSA_SHAKE_256 \
    --signature fileb://ExampleSignature.bin

本地使用OpenSSL验证

echo -n "your_message_here" | \
    openssl dgst -verify public_key.der -signature ExampleSignature.bin

结论

AWS KMS对ML-DSA的支持标志着我们在后量子密码学承诺中的重要里程碑。通过三种安全级别的ML-DSA和两种签名模式，您可以根据安全需求灵活选择，为量子计算时代做好准备。此功能特别适合需要：

• 满足使用后量子密码学时的FIPS 140-3合规要求
• 对需要长期保持可信验证的代码、文档等数据进行签名
• 开始将后量子密码学测试纳入应用开发流程
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