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Post-Quantum Cryptography MCP Server

by scottdhughes
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Python
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양자 내성 암호(PQC) MCP 서버

License: MIT Python 3.10+ liboqs MCP

연구 및 프로토타이핑 전용. 이 서버는 liboqs를 사용하며, 프로덕션 환경이나 민감한 데이터 보호용으로는 명시적으로 권장되지 않습니다. store_as 모드(권장)를 사용하면 비밀 키가 도구 출력에서 삭제되고 세션 범위의 키링에 보관됩니다. store_as를 사용하지 않으면 비밀 키와 공유 비밀이 도구 출력에 나타나며, 이는 모델 컨텍스트, 클라이언트 로그 또는 대화 기록에 포함될 수 있습니다. 모든 비밀 키 작업에 대해 핸들 전용 모드를 강제하려면 PQC_REQUIRE_KEY_HANDLES=1을 설정하십시오. 실험, 교육 및 상호 운용성 테스트에 적합합니다.

Open Quantum Safe의 liboqs를 사용하여 양자 내성 암호 작업을 제공하는 모델 컨텍스트 프로토콜(MCP) 서버입니다. Claude와 같은 AI 어시스턴트가 키 생성, 암호화, 서명 및 검증을 포함한 양자 내성 암호 작업을 수행할 수 있도록 합니다.

왜 양자 내성 암호인가?

현재의 암호 시스템(RSA, ECC, ECDSA)은 쇼어 알고리즘을 실행하는 양자 컴퓨터에 의해 해독될 것입니다. NIST는 새로운 양자 내성 알고리즘을 표준화했습니다:

표준

알고리즘

유형

상태

FIPS 203

ML-KEM (구 CRYSTALS-Kyber)

키 캡슐화

2024년 확정

FIPS 204

ML-DSA (구 CRYSTALS-Dilithium)

디지털 서명

2024년 확정

FIPS 205

SLH-DSA (구 SPHINCS+)

해시 기반 서명

2024년 확정

이 MCP 서버는 AI 에이전트가 연구, 개발 및 통합을 위해 이러한 알고리즘에 접근할 수 있도록 합니다.

Related MCP server: hive-mcp-sigr

기능

  • liboqs를 통한 키 캡슐화 메커니즘(KEM) 사용 가능: ML-KEM, FrodoKEM, HQC, BIKE, Classic McEliece

  • liboqs를 통한 서명 알고리즘 사용 가능: ML-DSA, Falcon, SLH-DSA, MAYO, CROSS, UOV

  • 완벽한 MCP 통합: Claude Desktop, Claude Code, Cursor 및 모든 MCP 클라이언트와 호환

  • NIST 표준 알고리즘 지원: FIPS 203, 204, 205 알고리즘 구현

  • 보안 분석: 고전적 보안 수준과 양자 보안 수준 비교

빠른 시작

사전 요구 사항

  • Python 3.10+

  • liboqs 공유 라이브러리

  • uv (권장) 또는 pip

설치

1. liboqs 설치

macOS (공유 라이브러리가 포함된 Homebrew):

# Homebrew only provides static library, build from source for shared:
git clone --depth 1 --branch 0.15.0 https://github.com/open-quantum-safe/liboqs.git
cd liboqs && mkdir build && cd build
cmake -DBUILD_SHARED_LIBS=ON -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=$HOME/.local ..
make -j4 && make install

Ubuntu/Debian:

sudo apt-get install liboqs-dev

대안: 위 과정을 자동화하는 번들 설치 스크립트 사용:

bash scripts/install-liboqs.sh

2. 복제 및 설치

git clone https://github.com/scottdhughes/post-quantum-mcp.git
cd post-quantum-mcp

# Install all dependencies (creates .venv automatically)
uv sync --all-extras

3. Claude Code / Claude Desktop 구성

MCP 구성에 추가:

Claude Code (~/.claude.json):

{
  "mcpServers": {
    "pqc": {
      "type": "stdio",
      "command": "/path/to/post-quantum-mcp/run.sh",
      "args": [],
      "env": {}
    }
  }
}

Claude Desktop (claude_desktop_config.json):

{
  "mcpServers": {
    "pqc": {
      "command": "/path/to/post-quantum-mcp/run.sh"
    }
  }
}

서버는 python -m pqc_mcp_server를 통해 직접 실행할 수도 있습니다.

사용 가능한 도구

pqc_list_algorithms

사용 가능한 모든 양자 내성 알고리즘을 나열합니다.

Input: { "type": "kem" | "sig" | "all" }
Output: List of available algorithms with NIST standard mappings

pqc_algorithm_info

특정 알고리즘에 대한 자세한 정보를 가져옵니다.

Input: { "algorithm": "ML-KEM-768" }
Output: Key sizes, security level, performance characteristics

pqc_generate_keypair

양자 내성 키 쌍을 생성합니다.

Input: { "algorithm": "ML-DSA-65" }
Output: Base64-encoded public and secret keys

pqc_encapsulate

키 캡슐화를 수행합니다(공유 비밀 생성).

Input: { "algorithm": "ML-KEM-768", "public_key": "<base64>" }
Output: Ciphertext and shared secret

pqc_decapsulate

암호문에서 공유 비밀을 복구합니다.

Input: { "algorithm": "ML-KEM-768", "secret_key": "<base64>", "ciphertext": "<base64>" }
Output: Shared secret

pqc_sign

양자 내성 서명으로 메시지에 서명합니다.

Input: { "algorithm": "ML-DSA-65", "secret_key": "<base64>", "message": "Hello, quantum world!" }
Output: Base64-encoded signature

pqc_verify

양자 내성 서명을 검증합니다.

Input: { "algorithm": "ML-DSA-65", "public_key": "<base64>", "message": "...", "signature": "<base64>" }
Output: { "valid": true/false }

pqc_hash

양자 안전 해시 함수를 사용하여 메시지를 해싱합니다.

Input: { "message": "data", "algorithm": "SHA3-256" | "SHA3-512" | "SHAKE128" | "SHAKE256" }
Output: Digest in hex and base64

pqc_security_analysis

알고리즘의 보안 속성을 분석합니다.

Input: { "algorithm": "ML-KEM-768" }
Output: NIST level, classical/quantum security equivalents, Grover/Shor resistance

하이브리드 키 교환 (X25519 + ML-KEM-768)

제품군: mlkem768-x25519-sha3-256 — LAMPS 복합 ML-KEM 초안(id-MLKEM768-X25519-SHA3-256)의 KEM 결합기를 차용합니다. 제품군 이름의 sha3-256은 KEM 결합기 해시를 의미하며, HKDF 키 유도는 SHA-256(cryptography HKDF 사용)을 사용합니다. 봉인된 봉투 계층은 해당 결합기 위에 구축된 이 프로젝트 고유의 프로토콜입니다.

이것은 암호문 무결성을 갖춘 하이브리드 기밀성을 제공하는 익명 봉인 상자(anonymous sealed-box) 구조입니다. 수신자 키 손상에 대한 전방향 보안(forward-secret)은 제공하지 않으며, 송신자 인증도 수행하지 않습니다.

pqc_hybrid_keygen

하이브리드 키 쌍 번들을 생성합니다.

권장: store_as 사용 (비밀 키 삭제됨)

// Input
{"store_as": "alice"}

// Output — no secret keys
{
  "suite": "mlkem768-x25519-sha3-256",
  "handle": "alice",
  "classical": {"algorithm": "X25519", "public_key": "DeRN3xLbEglMdXKO7P98cAvc...", "fingerprint": "a1b2c3d4..."},
  "pqc": {"algorithm": "ML-KEM-768", "public_key": "gDsL8UgEVcMeJgUOQgSlAotx...", "fingerprint": "e5f6a7b8..."}
}

store_as 미사용 (원시 키 반환 — 권장하지 않음):

// Input
{}

// Output — secret keys exposed in tool output
{
  "suite": "mlkem768-x25519-sha3-256",
  "classical": {
    "algorithm": "X25519",
    "public_key": "DeRN3xLbEglMdXKO7P98cAvc...",
    "secret_key": "YEYD9j5c2hpTei0ferXWbAFb..."
  },
  "pqc": {
    "algorithm": "ML-KEM-768",
    "public_key": "gDsL8UgEVcMeJgUOQgSlAotx...",
    "secret_key": "MQB2U0EzNGmloLuiTYG3BTcr..."
  }
}

pqc_hybrid_encap / pqc_hybrid_decap

빌딩 블록 키 캡슐화. 제품군의 SHA3-256 결합기를 통해 파생된 결합 공유 비밀을 반환합니다.

pqc_hybrid_seal / pqc_hybrid_open

하이브리드 캡슐화 + AES-256-GCM을 사용하여 일반 텍스트를 암호화/복호화합니다. 전체 헤더 AAD 바인딩. 결정론적 논스(봉투에 전송되지 않음).

// Seal input
{
  "plaintext": "Hello, quantum world!",
  "recipient_classical_public_key": "<base64 X25519 public key>",
  "recipient_pqc_public_key": "<base64 ML-KEM-768 public key>"
}

// Seal output
{
  "envelope": {
    "version": "pqc-mcp-v3",
    "mode": "anon-seal",
    "suite": "mlkem768-x25519-sha3-256",
    "x25519_ephemeral_public_key": "6+b1Y8AkgEycKL5wL2cIeSMv...",
    "pqc_ciphertext": "DF+PYy4zx+OmnW8wLD3EL+4M...",
    "ciphertext": "NnEap2fDq5+xTCwvHdKfy5Xj..."
  }
}

// Open input
{
  "envelope": { "...envelope from seal..." },
  "classical_secret_key": "<base64 X25519 secret key>",
  "pqc_secret_key": "<base64 ML-KEM-768 secret key>"
}

// Open output
{
  "suite": "mlkem768-x25519-sha3-256",
  "plaintext": "Hello, quantum world!",
  "plaintext_base64": "SGVsbG8sIHF1YW50dW0gd29ybGQh"
}

하이브리드 예시 프롬프트

"하이브리드 키 쌍을 생성하고 메시지를 봉인해 줘"

"하이브리드 키 교환을 수행하고 공유 비밀을 보여줘"

"하이브리드 PQC를 사용하여 '기밀 데이터'를 암호화하고 복호화해 줘"

인증된 하이브리드 봉투

ML-DSA-65(FIPS 204) 서명을 사용하여 하이브리드 기밀성 계층에 송신자 인증을 추가합니다. 송신자는 전체 봉투를 포괄하는 정규화된 바이너리 기록에 서명합니다. 수신자는 복호화 전에 송신자 신원을 확인합니다.

이것은 송신자 인증 봉인 봉투(sender-authenticated sealed-envelope) 구조입니다. 나중에 수신자의 장기 키가 손상될 경우에 대한 전방향 보안은 여전히 제공하지 않습니다. 봉인된 봉투 계층은 이 프로젝트 고유의 프로토콜입니다.

pqc_hybrid_auth_seal

암호화 + 서명. 송신자의 ML-DSA-65 서명 키 + 수신자의 하이브리드 키가 필요합니다.

권장: 키 핸들 사용

// Input
{
  "plaintext": "Authenticated message",
  "recipient_key_store_name": "bob",
  "sender_key_store_name": "alice-signing"
}

// Output
{
  "envelope": {
    "version": "pqc-mcp-v3",
    "mode": "auth-seal",
    "suite": "mlkem768-x25519-sha3-256",
    
    "sender_signature_algorithm": "ML-DSA-65",
    "sender_public_key": "0ji6POTItnZUX8rELwVwWSOV...",
    "sender_key_fingerprint": "0f617ece2f1d04c0...",
    "recipient_classical_key_fingerprint": "c1deade4a5300a9a...",
    "recipient_pqc_key_fingerprint": "bb0e084213d6ac74...",
    "x25519_ephemeral_public_key": "5LEikNANeJNhZSiq...",
    "pqc_ciphertext": "ybgWc3ruG3JwXmr4...",
    "ciphertext": "6OYdADdh0eH/LviD...",
    "signature": "BOniPALs1kfhWcRh..."
  }
}

대안: 원시 키 사용 (권장하지 않음)

// Input
{
  "plaintext": "Authenticated message",
  "recipient_classical_public_key": "<base64 X25519 public key>",
  "recipient_pqc_public_key": "<base64 ML-KEM-768 public key>",
  "sender_secret_key": "<base64 ML-DSA-65 secret key>",
  "sender_public_key": "<base64 ML-DSA-65 public key>"
}

pqc_hybrid_auth_open

송신자 검증 + 복호화. expected_sender_public_key 또는 expected_sender_fingerprint가 필요합니다. 복호화 전에 서명이 검증되며, 인증 실패는 복호화 실패와 구분됩니다.

// Open with expected sender public key
{
  "envelope": { "...envelope from auth_seal..." },
  "classical_secret_key": "<base64 X25519 secret key>",
  "pqc_secret_key": "<base64 ML-KEM-768 secret key>",
  "expected_sender_public_key": "<base64 ML-DSA-65 public key>"
}

// Or open with expected sender fingerprint
{
  "envelope": { "...envelope from auth_seal..." },
  "classical_secret_key": "...",
  "pqc_secret_key": "...",
  "expected_sender_fingerprint": "0f617ece2f1d04c0481aa0fe..."
}

// Output
{
  "suite": "mlkem768-x25519-sha3-256",
  "plaintext": "Authenticated message",
  "plaintext_base64": "QXV0aGVudGljYXRlZCBtZXNzYWdl",
  "sender_key_fingerprint": "0f617ece2f1d04c0481aa0fe...",
  "sender_signature_algorithm": "ML-DSA-65",
  "authenticated": true
}

pqc_hybrid_auth_verify

복호화 없이 인증된 봉투의 송신자 서명을 검증합니다. 비밀 키가 필요하지 않습니다. 송신자 바인딩, 지문 일관성, ML-DSA-65 서명 및 타임스탬프 신선도를 확인합니다.

// Input
{
  "envelope": { "...envelope from auth_seal..." },
  "expected_sender_fingerprint": "0f617ece2f1d04c0..."
}

// Output
{
  "verified": true,
  "sender_key_fingerprint": "0f617ece2f1d04c0...",
  "sender_signature_algorithm": "ML-DSA-65",
  "version": "pqc-mcp-v3",
  "mode": "auth-seal",
  "replay_seen": false,
  "timestamp": "1711929600"
}

pqc_envelope_inspect

복호화 없이 봉투 메타데이터를 검사합니다. 비밀 키가 필요하지 않습니다. 버전, 제품군, 지문 및 필드 크기를 반환합니다.

// Input
{"envelope": { "...any sealed or authenticated envelope..." }}

// Output
{
  "version": "pqc-mcp-v3",
  "mode": "auth-seal",
  "suite": "mlkem768-x25519-sha3-256",
  "authenticated": true,
  "sender_key_fingerprint": "0f617ece2f1d04c0...",
  
  
  "ciphertext_size": 1234,
  "plaintext_size_approx": 1218,
  "pqc_ciphertext_size": 1088,
  "signature_size": 3309
}

pqc_fingerprint

공개 키의 SHA3-256 지문을 계산합니다. 소문자 16진수를 반환합니다.

// Input
{"public_key": "<base64-encoded public key>"}

// Output
{"fingerprint": "a1b2c3d4e5f6...", "algorithm": "SHA3-256"}

pqc_benchmark

PQC 알고리즘 벤치마크: 키 생성, 캡슐화/서명, 복호화/검증 시간 및 키/암호문/서명 크기 측정.

// Input
{"algorithm": "ML-KEM-768", "iterations": 10}

// Output — timing and size measurements

키 생성 흐름

1. Sender: generate ML-DSA-65 signing keys via pqc_generate_keypair
2. Recipient: generate hybrid keys via pqc_hybrid_keygen
3. Exchange public keys out-of-band
4. Sender: pqc_hybrid_auth_seal with both key sets
5. Recipient: pqc_hybrid_auth_open with expected sender identity

인증된 예시 프롬프트

"ML-DSA-65 서명 키 쌍과 하이브리드 수신자 키 쌍을 생성한 다음, 인증된 암호화 메시지를 보내줘"

"이 인증된 봉투를 열고 예상된 송신자로부터 온 것인지 확인해 줘"

"밥에게 메시지를 봉인하고 내 ML-DSA 키로 서명한 다음, 밥이 내 지문을 사용하여 열 수 있게 해 줘"

키 핸들 (비밀 삭제)

비밀 키가 프로세스 로컬에 저장되고 도구 출력에 절대 나타나지 않는 옵트인 모드입니다. 핸들은 프로세스 전역이며 서버 재시작 시 손실됩니다.

핸들로 생성하기

// pqc_hybrid_keygen with store_as
{"store_as": "alice"}

// Output — no secret keys
{
  "suite": "mlkem768-x25519-sha3-256",
  "handle": "alice",
  "classical": {"algorithm": "X25519", "public_key": "...", "fingerprint": "..."},
  "pqc": {"algorithm": "ML-KEM-768", "public_key": "...", "fingerprint": "..."}
}

하위 도구에서 핸들 사용하기

// pqc_hybrid_seal with store name instead of raw keys
{
  "plaintext": "Hello via handle!",
  "recipient_key_store_name": "alice"
}

// pqc_hybrid_auth_seal with two store names
{
  "plaintext": "Authenticated via handles",
  "recipient_key_store_name": "alice",
  "sender_key_store_name": "bob-signing"
}

일반 PQC 도구(pqc_sign, pqc_verify, pqc_encapsulate, pqc_decapsulate)도 key_store_name을 허용합니다.

동일한 역할에 대해 저장소 이름과 원시 키를 모두 제공하는 것은 오류입니다.

키 저장소 관리

  • pqc_key_store_save: 편리한 참조를 위해 키 생성 출력을 이름으로 저장합니다. 세션 범위이며 영구적이지 않습니다.

  • pqc_key_store_load: 이름으로 저장된 키를 로드합니다. 핸들 항목에 대해서는 공개 자료만 반환합니다.

  • pqc_key_store_list: 메타데이터(이름, 유형, 지문)와 함께 저장된 모든 키를 나열합니다. 비밀 자료는 표시되지 않습니다.

  • pqc_key_store_delete: 이름으로 저장된 키를 삭제합니다.

보안 기능

v3 봉투 프로토콜

v3 봉투는 모드 바인딩됩니다: 모든 봉투는 HKDF 정보, AAD 및 인증 기록에 바인딩되는 명시적 mode 필드(anon-seal 또는 auth-seal)를 포함합니다. 이는 진정한 모드 간 분리를 제공하며, 한 모드에서 생성된 암호문은 다른 모드에서 복호화할 수 없어 AEAD 계층에서 인증 제거 다운그레이드 공격을 차단합니다. v3의 AAD는 길이 접두사가 붙은 프레이밍(자기 구분)을 사용합니다. 인증된 봉투는 정규화된 기록에 서명된 timestamp 필드를 포함하며, 검증/열기 시 서버는 신선도를 확인합니다(기본값: 24시간, max_age_seconds를 통해 구성 가능). 시계 오차 허용 범위는 5분입니다.

재전송 방지

서버는 TTL이 있는 서명 다이제스트 캐시(봉투 서명 바이트의 SHA3-256)를 유지합니다. pqc_hybrid_auth_verify는 읽기 전용 재전송 확인을 수행합니다. pqc_hybrid_auth_open은 복호화 전 확인 및 성공 후 표시를 수행합니다. 캐시는 ~/.pqc/state/replay-cache.json에 유지되며 서버 재시작 후에도 지속됩니다. 최대 50,000개 항목, 오래된 항목부터 삭제.

봉투 크기 검증

모든 봉투는 암호화 처리 전에 검증됩니다: base64 필드당 최대 1MB(ciphertext, pqc_ciphertext, signature, sender_public_key, x25519_ephemeral_public_key), 총 최대 50개 필드. 메모리 폭탄 및 리소스 고갈을 방지합니다.

서버 보안 정책

PQC_REQUIRE_KEY_HANDLES=1을 설정하여 핸들 전용 모드를 강제합니다: 서버는 원시 비밀 키를 전달하는 모든 도구 호출을 거부하며, 모든 비밀 키 작업(키 생성, 서명, 복호화 및 하이브리드 봉투 작업)에 대해 store_as/key_store_name 사용을 강제합니다. 이는 잘못된 에이전트가 우회할 수 없는 서버 측 검사입니다.

v1/v2 하위 호환성

v1 봉투(pqc-mcp-v1)는 하위 호환성을 위해 열기/검증 시 허용되지만 경고가 표시됩니다. v1 봉투는 서명된 타임스탬프가 없으므로 신선도 확인을 건너뛰며 재전송 방지 기능을 제공하지 않습니다. v2 봉투(pqc-mcp-v2)는 허용되지만 모드 바인딩이 부족하며, 응답에 폐기 경고가 포함됩니다.

릴레이 전송

이 프로젝트에는 기계 간 A2A 메시징을 위한 Cloudflare Worker 릴레이가 포함되어 있습니다.

라이브: https://quantum-seal-relay.novoamorx1.workers.dev

릴레이는 불투명한 봉투 사서함으로, 암호화 작업을 수행하거나 개인 키에 접근하지 않고 JSON 블롭을 저장하고 전달합니다.

엔드포인트

메서드

목적

/mailboxes/:fp

POST

수신자의 사서함에 봉투 입금

`/mailboxes/:fp

This server cannot be deployed

One endpoint for every MCP toolRayrun runs every MCP server behind one URL and holds the credentials. Each call is decided per client, tool, and argument, then recorded.ray.runAd

Maintenance

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ResponsivenessNo issues

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