~~NOTOC~~
====== Scenarij 7.2: Enkapsulacija ključa (ML-KEM) ======

<WRAP round info>
**Kategorija:** [[.:start|Šifriranje]] \\
**Složenost:** ⭐⭐⭐ (Srednja) \\
**Preduvjeti:** ML-KEM par ključeva \\
**Procijenjeno vrijeme:** 15-20 minuta
</WRAP>

----

===== Opis =====

Ovaj scenarij opisuje **enkapsulaciju ključa** s ML-KEM (Module-Lattice-based Key Encapsulation Mechanism, NIST FIPS 203). ML-KEM je post-kvantni mehanizam enkapsulacije ključa (KEM) koji je siguran protiv napada kvantnim računalima.

**KEM vs. Razmjena ključeva:**
^  Aspekt  ^  Razmjena ključeva (DH)  ^  Enkapsulacija ključa (KEM)  ^
| Interaktivnost | Obje strane aktivne | Samo pošiljatelj aktivan |
| Generiranje ključa | Zajednički izračunat | Nasumično generiran |
| Primjena | TLS rukovanje | Šifriranje, hibridni TLS |

----

===== ML-KEM skupovi parametara =====

^  Parametar  ^  Sigurnost  ^  Javni ključ  ^  Ciphertext  ^  Shared Secret  ^
| **ML-KEM-512** | 128 bita | 800 bajtova | 768 bajtova | 32 bajta |
| **ML-KEM-768** | 192 bita | 1.184 bajtova | 1.088 bajtova | 32 bajta |
| **ML-KEM-1024** | 256 bita | 1.568 bajtova | 1.568 bajtova | 32 bajta |

<WRAP round tip>
**Preporuka:** ML-KEM-768 za većinu primjena (BSI preporučuje najmanje 192 bita).
</WRAP>

----

===== Tijek rada =====

<mermaid>
flowchart LR
    subgraph Primatelj
        GEN[KeyGen] --> PK[Javni ključ]
        GEN --> SK[Tajni ključ]
    end

    subgraph Pošiljatelj
        PK --> ENC[Enkapsulacija]
        ENC --> CT[Ciphertext]
        ENC --> SS1[Shared Secret]
    end

    subgraph Primatelj2[Primatelj]
        CT --> DEC[Dekapsulacija]
        SK --> DEC
        DEC --> SS2[Shared Secret]
    end

    SS1 -.->|jednaki| SS2

    style SS1 fill:#e8f5e9
    style SS2 fill:#e8f5e9
</mermaid>

----

===== Primjer koda: Generiranje para ključeva =====

<code csharp>
using WvdS.Security.Cryptography.X509Certificates.Extensions.PQ;

using var ctx = PqCryptoContext.Initialize();

// Generiranje ML-KEM-768 para ključeva
using var mlKemKeyPair = ctx.GenerateKeyPair(PqAlgorithm.MlKem768);

// Izvoz javnog ključa (za pošiljatelja)
var publicKeyPem = mlKemKeyPair.PublicKey.ToPem();
File.WriteAllText("recipient-mlkem.pub.pem", publicKeyPem);

// Spremanje privatnog ključa šifrirano
mlKemKeyPair.ToEncryptedPemFile("recipient-mlkem.key.pem", "SecurePassword!");

Console.WriteLine("ML-KEM-768 par ključeva generiran:");
Console.WriteLine($"  Javni ključ: {mlKemKeyPair.PublicKey.GetRawData().Length} bajtova");
Console.WriteLine($"  Algorithm OID: {mlKemKeyPair.PublicKey.Oid.Value}");
</code>

----

===== Primjer koda: Enkapsulacija (Pošiljatelj) =====

<code csharp>
using var ctx = PqCryptoContext.Initialize();

// Učitavanje javnog ključa primatelja
var recipientPublicKey = ctx.LoadPublicKey("recipient-mlkem.pub.pem");

// Izvođenje enkapsulacije ključa
var (ciphertext, sharedSecret) = ctx.Encapsulate(recipientPublicKey);

Console.WriteLine($"Enkapsulacija završena:");
Console.WriteLine($"  Ciphertext: {ciphertext.Length} bajtova");
Console.WriteLine($"  Shared Secret: {sharedSecret.Length} bajtova");
Console.WriteLine($"  Shared Secret (hex): {Convert.ToHexString(sharedSecret)}");

// Slanje ciphertexta primatelju
File.WriteAllBytes("ciphertext.bin", ciphertext);

// Korištenje Shared Secreta za šifriranje
var encryptionKey = ctx.DeriveKey(
    sharedSecret,
    outputLength: 32,
    info: Encoding.UTF8.GetBytes("aes-encryption-key")
);
</code>

----

===== Primjer koda: Dekapsulacija (Primatelj) =====

<code csharp>
using var ctx = PqCryptoContext.Initialize();

// Učitavanje privatnog ključa
var privateKey = ctx.LoadPrivateKey("recipient-mlkem.key.pem", "SecurePassword!");

// Primanje ciphertexta
var ciphertext = File.ReadAllBytes("ciphertext.bin");

// Izvođenje dekapsulacije
var sharedSecret = ctx.Decapsulate(privateKey, ciphertext);

Console.WriteLine($"Dekapsulacija završena:");
Console.WriteLine($"  Shared Secret: {sharedSecret.Length} bajtova");
Console.WriteLine($"  Shared Secret (hex): {Convert.ToHexString(sharedSecret)}");

// Derivacija istog ključa kao pošiljatelj
var decryptionKey = ctx.DeriveKey(
    sharedSecret,
    outputLength: 32,
    info: Encoding.UTF8.GetBytes("aes-encryption-key")
);
</code>

----

===== Wrapper klasa za ML-KEM =====

<code csharp>
public class MlKemService
{
    private readonly PqCryptoContext _ctx;

    public MlKemService()
    {
        _ctx = PqCryptoContext.Initialize();
    }

    public (byte[] PublicKey, byte[] PrivateKey) GenerateKeyPair(MlKemParameterSet paramSet = MlKemParameterSet.MlKem768)
    {
        var algorithm = paramSet switch
        {
            MlKemParameterSet.MlKem512 => PqAlgorithm.MlKem512,
            MlKemParameterSet.MlKem768 => PqAlgorithm.MlKem768,
            MlKemParameterSet.MlKem1024 => PqAlgorithm.MlKem1024,
            _ => throw new ArgumentException("Nevaljani skup parametara")
        };

        using var keyPair = _ctx.GenerateKeyPair(algorithm);
        return (
            keyPair.PublicKey.GetRawData(),
            keyPair.PrivateKey.GetRawData()
        );
    }

    public (byte[] Ciphertext, byte[] SharedSecret) Encapsulate(byte[] publicKey)
    {
        using var pubKey = _ctx.ImportPublicKey(publicKey);
        return _ctx.Encapsulate(pubKey);
    }

    public byte[] Decapsulate(byte[] privateKey, byte[] ciphertext)
    {
        using var privKey = _ctx.ImportPrivateKey(privateKey);
        return _ctx.Decapsulate(privKey, ciphertext);
    }
}

public enum MlKemParameterSet
{
    MlKem512,
    MlKem768,
    MlKem1024
}
</code>

----

===== Obrada grešaka =====

<code csharp>
try
{
    var sharedSecret = ctx.Decapsulate(privateKey, ciphertext);
}
catch (CryptographicException ex) when (ex.Message.Contains("decapsulation"))
{
    // Dekapsulacija neuspješna - ciphertext manipuliran ili pogrešan ključ
    Console.WriteLine("Dekapsulacija neuspješna: Ciphertext nevaljan");
    throw new SecurityException("Provjera integriteta neuspješna", ex);
}
catch (ArgumentException ex)
{
    // Pogrešan format
    Console.WriteLine($"Greška formata: {ex.Message}");
    throw;
}
</code>

<WRAP round important>
**Sigurnosna napomena:** ML-KEM je IND-CCA2 siguran. Kod grešaka dekapsulacije vraća se deterministička, ali nepredvidljiva vrijednost (implicitno odbijanje). To sprječava napade odabranim ciphertextom.
</WRAP>

----

===== Parametri po industrijama =====

^  Industrija  ^  Preporučeni parametar  ^  Obrazloženje  ^
| **Standardni IT** | ML-KEM-768 | Dobra ravnoteža |
| **Financijski sektor** | ML-KEM-768/1024 | Regulatorni zahtjevi |
| **Zdravstvo** | ML-KEM-768 | Dugoročna zaštita podataka |
| **Vlada** | ML-KEM-1024 | Najviša sigurnost |
| **IoT/Ugradbeni** | ML-KEM-512 | Ograničeni resursi |

----

===== Povezani scenariji =====

^  Odnos  ^  Scenarij  ^  Opis  ^
| **Primjena** | [[.:hybrid_encryption|7.1 Hibridno šifriranje]] | Kombinacija s klasičnim |
| **Primjena** | [[.:file_encryption|7.3 Šifriranje datoteka]] | Praktična primjena |
| **Povezano** | [[hr:int:pqcrypt:szenarien:schluessel:generierung|11.1 Generiranje ključeva]] | Key Generation |
| **Povezano** | [[hr:int:pqcrypt:szenarien:tls:hybrid_tls|10.4 Hibridni TLS]] | TLS s ML-KEM |

----

<< [[.:hybrid_encryption|← 7.1 Hibridno šifriranje]] | [[.:start|↑ Pregled šifriranja]] | [[.:file_encryption|7.3 Šifriranje datoteka →]] >>

{{tag>scenarij šifriranje ml-kem kem post-quantum fips203}}

----
//Wolfgang van der Stille @ EMSR DATA d.o.o. - Post-Quantum Cryptography Professional//