ポスト量子暗号実装のテスト: 開発者ガイド

# PQC テスト用のrequirements.txt pytest>=7.0.0 pytest-xdist>=3.0.0 # テストの並列実行 pytest-cov>=4.0.0 # カバレッジレポート 仮説>=6.0.0 # プロパティベースのテスト liboqs-python>=0.9.0 # PQC アルゴリズム pycryptodome>=3.19.0 # 追加の暗号化ユーティリティ

# conftest.py - Pytest の設定 輸入 pytest 輸入 オークス @pytest.fixture 確かに カイバーケム(): """Kyber-768 KEM インスタンスを提供するフィクスチャ""" 戻る oqs.KeyEncapsulation(「カイバー768」) @pytest.fixture 確かに sphincs_sig(): """SPHINCS+-SHAKE-128s シグネチャ インスタンスを提供するフィクスチャ""" 戻る oqs.署名(「SPHINCS+-SHAKE-128s-シンプル」) @pytest.fixture 確かに kyber_キーペア(kyber_kem): """テスト用に事前に生成された Kyber キーペア""" pk = kyber_kem.generate_keypair() sk = kyber_kem.export_secret_key() 戻る PK、SK @pytest.fixture 確かに sphincs_keypair(sphincs_sig): """テスト用に事前に生成された SPHINCS+ キーペア""" pk = sphincs_sig.generate_keypair() sk = sphincs_sig.export_secret_key() 戻る PK、SK

# test_kats.py - 既知の回答テスト 輸入 pytest 輸入 json から パスライブラリ 輸入 パス クラス テストKyberKAT: """ Kyber-768 の既知の回答テスト NIST ML-KEM 仕様のテスト ベクトル """ @pytest.fixture 確かに kat_vectors（自己）： """公式 KAT ベクトルをロード""" kat_path = パス(__file__).parent / 「ベクトル」 / 「kyber768_kat.json」 と オープン(kat_path) as f: 戻る json.load(f) 確かに test_encapsulation_kat(自分、kat_vectors、kyber_kem): """カプセル化により期待どおりの暗号文が生成されることを確認してください""" のために ベクター in kat_vectors[「カプセル化」]: pk = bytes.fromhex(vector[「公開鍵」]) Expected_ct = bytes.fromhex(vector[「暗号文」]) Expected_ss = bytes.fromhex(vector[「共有シークレット」]) シード = bytes.fromhex(vector["シード"]) # 注: 決定論的カプセル化には変更されたライブラリが必要です # これはリファレンス実装パターンをテストします ct、ss = kyber_kem.encap_secret(pk) # 暗号文の長さを検証する アサート len(ct) == len(expected_ct)、 「暗号文の長さが不一致です」 # 共有秘密の長さを確認する アサート len(ss) == len(expected_ss)、 「共有秘密の長さが一致しません」 確かに test_decapsulation_kat(自分、kat_vectors、kyber_kem): """カプセル化解除により予期された共有秘密が回復されることを確認します""" のために ベクター in kat_vectors[「カプセル化解除」]: sk = bytes.fromhex(vector[「秘密キー」]) ct = bytes.fromhex(vector[「暗号文」]) Expected_ss = bytes.fromhex(vector[「共有シークレット」]) kem = oqs.KeyEncapsulation(「カイバー768」、sk) ss = kem.decap_secret(ct) アサート ss == 期待される_ss、 「共有秘密の不一致」 クラス テストSPHINCSPlusKAT: """SPHINCS+-SHAKE-128s の既知の解答テスト""" @pytest.fixture 確かに kat_vectors(自分自身): kat_path = パス(__file__).parent / 「ベクトル」 / 「sphincs128s_kat.json」 と オープン(kat_path) as f: 戻る json.load(f) 確かに テスト署名検証_kat(自分自身、kat_vectors): """既知の署名が正しく検証されていることを確認してください""" のために ベクター in kat_vectors["検証"]: pk = bytes.fromhex(vector[「公開鍵」]) メッセージ = bytes.fromhex(vector["メッセージ"]) 署名 = bytes.fromhex(vector["サイン"]) sig = oqs.Signature(「SPHINCS+-SHAKE-128s-シンプル」) is_valid = sig.verify(メッセージ、署名、pk) アサート is_valid、f「KAT 署名の検証に失敗しました」

# test_roundtrip.py 輸入 pytest 輸入 秘密 クラス テストカイバーラウンドトリップ: """Kyber KEM の往復テスト""" 確かに test_basic_kem_cycle(自分、kyber_kem、kyber_keypair): """基本的なカプセル化→カプセル化解除のサイクル""" pk、sk = kyber_keypair # カプセル化する 暗号文、shared_secret_enc = kyber_kem.encap_secret(pk) # カプセル化解除 kem_with_sk = oqs.KeyEncapsulation(「カイバー768」、sk)shared_secret_dec = kem_with_sk.decap_secret(暗号文) アサート 共有_秘密_enc == 共有_秘密_dec @pytest.mark.parametrize(「反復」, [100, 1000]) 確かに test_repeat_kem_cycles(self、kyber_kem、kyber_keypair、反復): """多くの反復にわたって KEM が一貫して動作することを確認します""" pk, sk = kyber_keypair kem_with_sk = oqs.KeyEncapsulation(「カイバー768」、スク） のために _ in 範囲(反復): ct、ss_enc = kyber_kem.encap_secret(pk) ss_dec = kem_with_sk.decap_secret(ct) アサート ss_enc == ss_dec 確かに test_異なるキーペア_プロデュース_異なる結果(自分、kyber_kem): """異なるキーが異なる共有秘密を生成することを確認します""" # 2 つの異なるキーペアを生成する pk1 = kyber_kem.generate_keypair() sk1 = kyber_kem.export_secret_key() kem2 = oqs.KeyEncapsulation(「カイバー768」) pk2 = kem2.generate_keypair() # それぞれにカプセル化 ct1、ss1 = kyber_kem.encap_secret(pk1) ct2、ss2 = kyber_kem.encap_secret(pk2) # 共有シークレットは異なる必要があります アサート ss1 != ss2 クラス テストSPHINCS往復: """SPHINCS+署名の往復テスト""" 確かに test_basic_sign_verify(self、sphincs_sig、sphincs_keypair): """基本サイン→検証サイクル""" pk、sk = sphincs_keypair メッセージ = b「SPHINCS+署名のテストメッセージ」 ＃ サイン sig_with_sk = oqs.Signature(「SPHINCS+-SHAKE-128s-シンプル」、sk) 署名 = sig_with_sk.sign(メッセージ) ＃ 確認する is_valid = sphincs_sig.verify(メッセージ、署名、PK) アサート 有効です @pytest.mark.parametrize(「メッセージサイズ」, [0, 1, 100, 1000, 10000, 100000]) 確かに テストのさまざまなメッセージのサイズ(self、sphincs_sig、sphincs_keypair、message_size): """さまざまなメッセージ サイズで署名が機能することを確認します""" pk, sk = sphincs_keypair message = Secrets.token_bytes(message_size) sig_with_sk = oqs.Signature(「SPHINCS+-SHAKE-128s-シンプル」、sk) 署名 = sig_with_sk.sign(メッセージ) アサート sphincs_sig.verify(メッセージ、署名、PK) 確かに test_signature_determinism(自分自身、sphincs_keypair): """ 注: SPHINCS+ はデフォルトでランダム化されます。同じメッセージが異なる署名を生成します (どちらも有効です) """ pk、sk = sphincs_keypair メッセージ = b「テストメッセージ」 sig1 = oqs.Signature(「SPHINCS+-SHAKE-128s-シンプル」、sk) sig2 = oqs.Signature(「SPHINCS+-SHAKE-128s-シンプル」、sk) 署名 1 = sig1.sign(メッセージ) 署名 2 = sig2.sign(メッセージ) # 署名は異なりますが、両方とも検証されます アサート 署名1 != 署名2 # ランダム化 検証者 = oqs.Signature(「SPHINCS+-SHAKE-128s-シンプル」) アサート verifier.verify(メッセージ、署名1、pk) アサート verifier.verify(メッセージ、署名2、pk)

# test_edge_cases.py 輸入 pytest クラス テストKyberEdgeケース: """Kyber のエッジケースとエラー条件""" 確かに test_invalid_public_key_length(自分、kyber_kem): """不正な形式の公開キーを拒否します""" と pytest.raises(例外): kyber_kem.encap_secret(b「短すぎる」) 確かに test_invalid_ciphertext_length(自分自身、kyber_keypair): """不正な暗号文を拒否します""" pk, sk = kyber_keypair kem = oqs.KeyEncapsulation(「カイバー768」、スク） と pytest.raises(例外): kem.decap_secret(b「無効な暗号文」) 確かに test_wrong_secret_key_fails_decap(自分、kyber_kem、kyber_keypair): """間違ったキーでカプセル化を解除すると、異なる共有秘密が生成されます""" pk、sk = kyber_keypair # pk にカプセル化する ct、ss_original = kyber_kem.encap_secret(pk) # 別のキーペアを生成する kem2 = oqs.KeyEncapsulation(「カイバー768」) kem2.generate_keypair() sk2 = kem2.export_secret_key() # 間違ったキーでカプセル化を解除する kem_wrong = oqs.KeyEncapsulation(「カイバー768」、sk2) ss_wrong = kem_wrong.decap_secret(ct) # 共有秘密は異なる必要があります (IND-CCA セキュリティ) アサート ss_original != ss_wrong クラス TestSPHINCSEdgeCases: """SPHINCS+用エッジケース""" 確かに test_empty_message(self、sphincs_sig、sphincs_keypair): """空のメッセージへの署名は機能するはずです""" pk、sk = sphincs_keypair メッセージ = b"" sig_with_sk = oqs.Signature(「SPHINCS+-SHAKE-128s-シンプル」、sk) 署名 = sig_with_sk.sign(メッセージ) アサート sphincs_sig.verify(メッセージ、署名、PK) 確かに test_modified_message_fails(self、sphincs_sig、sphincs_keypair): """メッセージが変更された場合、検証は失敗します""" pk、sk = sphincs_keypair メッセージ = b「オリジナルメッセージ」 sig_with_sk = oqs.Signature(「SPHINCS+-SHAKE-128s-シンプル」、sk) 署名 = sig_with_sk.sign(メッセージ) # メッセージを変更する 修正 = b「変更されたメッセージ」 そうでないと主張する sphincs_sig.verify(変更済み、署名、pk) 確かに test_modified_signature_fails(self、sphincs_sig、sphincs_keypair): """署名が変更されている場合は検証が失敗します""" pk、sk = sphincs_keypair メッセージ = b「テストメッセージ」 sig_with_sk = oqs.Signature(「SPHINCS+-SHAKE-128s-シンプル」、sk) 署名 = sig_with_sk.sign(メッセージ) # 署名を少し反転する 修正された_sig = bytearray(署名) 修正された_sig[100] ^= 0x01 修正された_sig = バイト(修正された_sig) そうでないと主張する sphincs_sig.verify(メッセージ、modified_sig、pk) 確かに test_wrong_public_key_fails(self、sphincs_sig、sphincs_keypair): """公開キーが異なると検証に失敗します""" pk1、sk1 = sphincs_keypair # 2 番目のキーペアを生成する sig2 = oqs.Signature(「SPHINCS+-SHAKE-128s-シンプル」) pk2 = sig2.generate_keypair() メッセージ = b「テストメッセージ」 # sk1で署名 sig_with_sk = oqs.Signature(「SPHINCS+-SHAKE-128s-シンプル」、sk1) 署名 = sig_with_sk.sign(メッセージ) # pk2 による検証は失敗するはずです そうでないと主張する sphincs_sig.verify(メッセージ、署名、pk2)

# test_properties.py から 仮説 輸入 与えられた戦略 as セント、設定 輸入 オークス クラス テストKyberProperties: """Kyber のプロパティベースのテスト""" @与えられた(st.binary(min_size=0, max_size=10000)) @設定(max_examples=100、期限=なし) 確かに test_encap_decap_roundtrip_any_key(自分自身、ランダムデータ): """ プロパティ: どのキーペアでも、encap に続いて decap すると、常に一致する共有秘密が生成されます。 kem = oqs.KeyEncapsulation(「カイバー768」) pk = kem.generate_keypair() sk = kem.export_secret_key() ct、ss_enc = kem.encap_secret(pk) kem_dec = oqs.KeyEncapsulation(「カイバー768」、sk) ss_dec = kem_dec.decap_secret(ct) アサート ss_enc == ss_dec @与えられた(st.binary(min_size=1, max_size=1088)) @設定(max_examples=100、期限=なし) 確かに test_malformed_ciphertext_handled(自分自身、ゴミ): """ プロパティ: 不正な暗号文はクラッシュせず、例外が発生するか無効なシークレットが返されます """ kem = oqs.KeyEncapsulation(「カイバー768」) kem.generate_keypair() sk = kem.export_secret_key() kem_dec = oqs.KeyEncapsulation(「カイバー768」、スク） 試す: # レイズまたはリターンする必要があります (暗黙の拒否) 結果 = kem_dec.decap_secret(ガベージ) # 返されれば問題ありません (暗黙の拒否) アサート len(結果) == 32 # それでも 32 バイトのシークレットを返します を除外する 例外： #上げも可 合格 クラス テストSPHINCSプロパティ: """SPHINCS+ のプロパティベースのテスト""" @与えられた(st.binary(min_size=0, max_size=50000)) @設定(max_examples=50、期限=なし) # 署名が遅いため数が少ない 確かに test_sign_verify_any_message(自分自身、メッセージ): """ プロパティ: すべてのメッセージに署名して検証できます """ sig = oqs.Signature(「SPHINCS+-SHAKE-128s-シンプル」) pk = sig.generate_keypair() sk = sig.export_secret_key() 署名者 = oqs.Signature(「SPHINCS+-SHAKE-128s-シンプル」、sk) 署名 =signer.sign(メッセージ) アサート sig.verify(メッセージ、署名、PK) @与えられた( st.binary(min_size=1, max_size=1000), st.integers(min_value=0, max_value=7855) ) @設定(max_examples=50、期限=なし) 確かに test_bit_flip_breaks_signature(自分自身、メッセージ、flip_position): """ プロパティ: シグネチャ内の任意のビットを反転すると失敗が発生します """ sig = oqs.Signature(「SPHINCS+-SHAKE-128s-シンプル」) pk = sig.generate_keypair() sk = sig.export_secret_key() 署名者 = oqs.Signature(「SPHINCS+-SHAKE-128s-シンプル」、sk) 署名 =signer.sign(メッセージ) # 位置でビットを反転します 修正 = bytearray(署名) byte_pos = フリップ位置 % len(修正) bit_pos = フリップ位置 % 8 修正[バイト位置] ^= (1 << bit_pos) modified = bytes(modified) # 検証に失敗するはずです そうでないと主張する sig.verify(メッセージ、修正済み、pk)

# test_synx_wallet.py 輸入 pytest から シンクスウォレット 輸入 SynXHDWallet、トランザクションビルダー クラス TestSynXWallet統合: """SynX耐量子ウォレットの統合テスト""" @pytest.fixture 確かに テストウォレット（自己）： """既知のニーモニックを使用してテスト ウォレットを作成します""" ニーモニック = "放棄する " * 23 + "美術" 戻る SynXHDWallet(ニーモニック、パスフレーズ="テスト") 確かに test_address_derivation_deterministic(自分自身、test_wallet): """同じパスは常に同じアドレスを生成します""" addr1 = test_wallet.derive_address(0, 0, 0) addr2 = test_wallet.derive_address(0, 0, 0) アサート アドレス1.アドレス == アドレス2.アドレス アサート addr1.kyber_public == addr2.kyber_public アサート addr1.sphincs_public == addr2.sphincs_public 確かに テスト_異なるパス_異なるアドレス(自分自身、test_wallet): """異なるパスは異なるアドレスを生成します""" addr1 = test_wallet.derive_address(0, 0, 0) addr2 = test_wallet.derive_address(0, 0, 1) addr3 = test_wallet.derive_address(0, 1, 0) addr4 = test_wallet.derive_address(1, 0, 0) アドレス = {addr1.address, addr2.address, addr3.address,アドレス4.アドレス} アサート len(アドレス) == 4 確かに テストトランザクション署名(自分自身、test_wallet): """署名されたトランザクションは正しく検証されました""" 送信者 = test_wallet.derive_address(0, 0, 0) 受信者 = test_wallet.derive_address(0, 0, 1) # トランザクションを構築して署名する builder = TransactionBuilder(test_wallet) tx = builder.add_output( 受信者.アドレス, 100000000, 受信者.kyber_public ).build() # 署名を検証する sig = oqs.Signature(「SPHINCS+-SHAKE-128s-シンプル」) のために インプ in tx.inputs: is_valid = sig.verify( tx.serialize_for_signing(), inp.sphincs_signature, inp.sphincs_public_key ) アサート 有効です

# テストパフォーマンス.py 輸入 pytest 輸入 時間 輸入 統計 クラス テストパフォーマンスベンチマーク: """回帰検出によるパフォーマンス ベンチマーク""" # 予想されるパフォーマンスのベースライン (ハードウェアごとに調整) KYBER_KEYGEN_MAX_MS = 10 KYBER_ENCAP_MAX_MS = 5 KYBER_DECAP_MAX_MS = 5 SPHINCS_KEYGEN_MAX_MS = 100 SPHINCS_SIGN_MAX_MS = 500 SPHINCS_VERIFY_MAX_MS = 50 確かに _ベンチマーク(self、func、iterations=100): """関数を複数回実行して統計を返します""" 回 = [] のために _ in 範囲 (反復): 開始 = time.perf_counter() func() 経過 = (time.perf_counter() - 開始) * 1000 ＃ MS 回.追加(経過) 戻る { "平均": 統計.平均(回)、 「中央値」: 統計.中央値(回)、 「標準偏差」: 統計.stdev(回) if len(倍) > 1 それ以外 0, 「分」: 分(回)、 「マックス」: 最大(回) } 確かに test_kyber_keygen_performance（自己）： """予想時間内にKyberキーを生成""" 確かに キー生成(): kem = oqs.KeyEncapsulation(「カイバー768」) kem.generate_keypair() 統計 = self._benchmark(keygen) print(f"\nKyber keygen: {stats['mean']:.2f}ms (±{stats['stdev']:.2f})") アサート 統計["平均"] < self.KYBER_KEYGEN_MAX_MS 確かに test_sphincs_sign_performance（自己）： """SPHINCS+ は予定時間内に署名しました""" sig = oqs.Signature(「SPHINCS+-SHAKE-128s-シンプル」) sig.generate_keypair() sk = sig.export_secret_key() メッセージ = b"x" * 256 確かに サイン(): 署名者 = oqs.Signature(「SPHINCS+-SHAKE-128s-シンプル」、sk)signer.sign(message) stats = self._benchmark(sign, iterations=20) # 遅いため少ない print(f"\nSPHINCS+ 符号: {stats['mean']:.2f}ms (±{stats['stdev']:.2f})") アサート 統計["平均"] < self.SPHINCS_SIGN_MAX_MS

# カバレッジを指定してすべてのテストを実行する pytest テスト/ -v --cov=synx_wallet --cov-report=html # KAT テストのみを実行する pytest テスト/test_kats.py -v # 並列実行で実行する pytest テスト/ -n auto # 出力を使用してパフォーマンス テストを実行する pytest テスト/test_performance.py -v -s