具有密文等值测试功能的公钥加密技术综述

作为解决云环境中多公钥加密计算问题的重要方法之一，密文等值测试技术可以实现对不同公钥加密的数据进行比较，使测试者在不对密文进行解密的前提下判断密文对应的明文是否相同。首先介绍了密文等值测试概念及其安全模型，总结了目前提出的6种授权模式所适用的场景以及对应的输入与输出；然后对比了密文等值测试技术与公钥可搜索加密技术的异同，阐述并分析了包括公钥、基于身份和基于属性在内的若干典型密文等值测试方案；最后讨论了密文等值测试的应用场景并对来来的研究进行展望。     

一种高效的可证明安全的无证书数字签名方案

无证书公钥密码体制结合了基于身份和传统PKI公钥密码体制的优势,而且还克服了基于身份公钥密码体制的密钥托管问题以及PKI系统的证书管理问题,但是运算效率低。针对传统的无证书数字签名运算效率低的问题,提出一个在随机预言机模型下可证明安全的无证书数字签名方案。通过在系统初始化阶段预计算一次双线性对运算,该方案在签名阶段不需要对运算,而且在验证阶段仅仅需要一次双线性对预算,比以往的无证书数字签名方案具有高的运算效率和通信效率。     

可公开验证的无证书混合签密方案

基于证书的签密与基于身份的签密对于不诚实KGC(Key Generation Center)抵抗力很差,而且基于公钥的签密对明文长度有所限制。无证书机制可以减少对KGC的信任,而混合加密可以加密任意长度明文。结合无证书机制和混合加密机制提出一种基于双线性对的无证书混合签密方案。在基于BDH难题和CDH难题上证明了方案在随机预言模型中具有适应性选择密文攻击的机密性和适应性,以及选择明文攻击的不可伪造性,且方案具有可公开验证性。通过效率分析,该方案计算效率高,适合应用在带宽有限制的情况下。     

云计算中的标准模型下基于证书混合加密方案

随着云计算的快速发展,数据安全已成为云安全的一个关键问题,尤其是云中存储和传输的数据量巨大,对安全性要求较高。另一方面,基于证书密码体制克服了传统公钥密码体制的证书管理问题及基于身份密码体制的密钥托管问题,为构造安全高效的PKI提供了新的方法,但现有基于证书加密方案大都采用双线性对构造,计算效率较低。针对云计算环境,基于判定性缩减Diffie-Hellman难题,提出了一个不含对运算的基于证书混合加密方案,分析了安全性和效率。该方案是建立在密钥封装算法、对称加密算法、消息认证码算法基础上的一次一密型加密方案。分析表明,该方案在标准模型下可以抵抗适应性选择密文攻击,计算效率较高,适合于对云计算中安全性要求较高的长消息的加密。     

基于R-SIS和R-LWE构建的IBE加密方案

格上基于身份的加密机制(Identity-Based Encryption,IBE)能够有效抵抗量子攻击,并且该机制将每个人的身份信息作为公钥,能够简化公钥基础设施(Public Key Infrastructure,PKI)对海量用户的公钥管理,这种加密机制是对传统PKI的改进,能够解决PKI在物联网环境下暴露的众多问题.然而,目前国内外学者提出的基于格的IBE方案大多比较笨重,并且实现的方案很少.针对上述问题,提出了一种基于R-SIS以及R-LWE困难问题的IND-sID-CPA安全的IBE低膨胀率方案.首先,提出了分块复用技术,通过重用占存储空间较大的辅助解密密文块,极大地降低了密文膨胀率并提高了加密效率.然后,利用了Kyber提出的压缩算法并引入明文扩张参数,对以上两个参数指标进行进一步优化.通过严格的理论推导分析了所提方案的安全性、正确性和计算复杂度,利用数值实验给出了该方案在3种场景下的较优参数取值.最后,通过C++程序实现新方案,对比了所提方案与BFRS18方案在3种场景下的性能.实验结果表明,该方案在保证正确性和安全性的同时,有效提高了原方案的加解密效率,降低了密文膨胀率.     

广域分布式环境中面向服务的文件管理系统

基于椭圆曲线离散时数困难问题,结合KEM-DEM混合加密结构,提出一个新的无证书混合加密方案.采用椭圆曲线签名算法保证用户自主生成公钥的不可伪造性,利用用户公钥生成的会话密钥以对称加密算法加密明文,保证明文的机密性,对明文空间的大小没有严格限制.该方案主要涉及椭圆曲线卜的点运算,与原有无证书加密方案中采用双线性对计算相比具有更高的执行效率.     

基于椭圆曲线离散对数的无证书混合加密

基于椭圆曲线离散对数困难问题,结合KEM-DEM混合加密结构,提出一个新的无证书混合加密方案。采用椭圆曲线签名算法保证用户自主生成公钥的不可伪造性,利用用户公钥生成的会话密钥以对称加密算法加密明文,保证明文的机密性,对明文空间的大小没有严格限制。该方案主要涉及椭圆曲线上的点运算,与原有无证书加密方案中采用双线性对计算相比具有更高的执行效率。     

一种可证明安全的有效无证书签密方案

无证书密码体制消除了基于身份密码系统中固有的密钥托管问题,同时又克服了传统公钥密码系统中复杂的证书管理问题,它具有两者的优点。签密是一个通过数字签名和公钥加密而同时实现认证和保密的密码学原语,而它却比分别签名和加密具有更低的计算量。提出了一种可证安全的无证书签密方案,其只在解签密阶段需要两个双线性对计算,因而具有较高的效率。最后,在随机预言模型下利用困难问题假设证明了方案满足适应性选择密文攻击下的不可区分性以及适应性选择消息和身份攻击下的存在不可伪造性。     

标准模型下高效安全的基于证书密钥封装机制

基于证书密码体制有机结合了传统公钥密码体制和基于身份密码体制,不仅克服了基于身份密码体制固有的密钥托管和密钥分发问题,而且简化了传统公钥基础设施中复杂的公钥证书管理,是一种颇受关注的新型公钥密码体制.基于证书密钥封装机制,将密钥封装机制与基于证书密码体制相结合,具备基于证书密码体制的优良特性.基于双线性对,提出了一个高效的并且可证明安全的基于证书密钥封装机制方案.在标准模型下基于判定性截断q-ABDHE问题和判定性1-BDHI问题的困难性,该方案被证明满足适应性选择密文攻击下的不可区分安全性,即满足选择密文安全性.与已有的标准模型下安全的基于证书密钥封装机制方案相比,该方案具有更高的计算效率和更低的通信带宽要求.     

三接收方公钥密码系统

提出一种三接收方公钥加密方案,该方案中发送方对消息进行加密,而三接收方均能够使用各自的私钥对消息进行解密。基于双线性映射,构造出两个安全性不同的三接收方公钥加密方案。形式化证明如果间隙双线性Diffie-Hellman问题和计算性Diffie-Hellman问题是困难的,则所提的两个方案分别具有选择明文攻击安全和适应性选择密文攻击安全。所提方案仅增加了一项指数运算和一项哈希运算,就实现了3个独立的接收方,因此该方案效率较高。分析表明,该方案能够提高 TLS 协议的安全性并应用于分级监管公钥密码系统。     

智能合约辅助下满足前后向安全的动态可搜索加密方案

动态可搜索加密过程易受文件注入攻击和信息泄露导致的信息滥用攻击,同时现有基于公钥密码体制构造的动态可搜索加密方案往往涉及大量双线性对运算,不能满足实际应用的效率要求。通过引入智能合约,提出一种满足前后向安全的动态可搜索加密方案。以智能合约取代传统的搜索服务器进行关键字陷门匹配测试,解决传统搜索服务器必须满足诚实且好奇的设定问题,在此过程中避免大量使用双线性对运算,而是只执行一些简单的哈希操作,从而提升密文数据搜索阶段的计算效率。该方案满足前向安全性和后向安全性,即旧的搜索陷门不能用于搜索更新后的文件,且后续搜索不会泄露已删除文件所对应的索引信息。分析结果表明,与现有公钥密码体制下的动态可搜索加密方案相比,该方案在安全性和计算效率方面更具优势,适用于大数据通信环境。     

基于身份的结构化重签名方案

双限性对易于实现复杂密码协议,为了简化公钥密码体制证书管理的负担,采用双线性对技术实现了一种结构化重签名方案并给出该方案的仿真结果.方案以用户的身份信息,如电子邮箱地址, IP 地址、电话号码等作为用户公钥,从而降低了建立和管理公钥基础设施的代价,避免了用户对公钥及其证书的存储和传递等问题,仿真结果显示其签名与验证签名时间开销是原方案3/4.     

可证安全的基于证书部分盲签名方案

为有效保护签名者的合法权益,防止盲签名的非法使用,解决传统公钥密码系统所存在的证书管理和使用代价高昂等问题,应用双线性映射,结合基于证书公钥密码体制和部分盲签名系统,提出一类基于证书的部分盲签名方案,包括基于证书部分盲签名的形式化定义及其安全性定义,并构造一个具体的基于证书的部分盲签名方案。在随机预言机模型下,基于计算DiffieHellman困难性假设,证明该方案的安全性,结果表明,该方案简化了基于传统公钥系统部分盲签名中证书的发布、存储与管理,并解决了基于身份部分盲签名系统中的密钥托管问题。     

Boneh-Boyen1基于身份加密体制的安全密钥分发

为了提高基于身份加密体制的用户密钥安全性,解决基于身份加密体制中的密钥托管问题成为一个重要课 题。提出了一种针对13onch-13oycn:基于身份加密体制的安全密钥分发方案,方案中系统的主密钥分片分别保存于一 个密钥生成中心和多个密钥隐私中心处,用户的私钥生成需要用户收到密钥生成中心和密钥隐私中心发来的多个私 钥分片,以避免密钥生成中心获取用户的私钥。在标准模型中证明了密胡分发方案能够保证密钥生成中心无法获取 用户的私钥,能够有效解决13onc卜13oycn:基于身份加密方案的密钥托管问题。     

一种基于LWE‐CPABE的区块链数据共享方案

为应对量子计算对区块链上基于数论的隐私保护技术所带来的威胁,将区块链技术与格属性基加密算法有效融合,提出一种基于格的后量子CPABE区块链数据共享方案。将容错学习（LWE）作为方案的困难问题假设,构造一种基于格的密文策略属性基加密算法LWE-CPABE,抵御量子计算对公钥密码安全的攻击,实现数据的安全共享。设计算法参数的标准格式化交易结构,以满足LWE-CPABE算法的可追责性。在此基础上,给出交易生成与交易验证智能合约,以实现交易的自动验证与共识。功能性分析与仿真实验结果表明,该方案在算法初始化、加解密以及密钥生成的计算效率方面均优于传统的基于双线性映射理论的CPABE方案,可实现区块链上数据的高效、安全、动态共享与隐私保护,明显提高区块链数据共享安全性。     

一个高效的基于证书数字签名方案

基于证书公钥密码学是Gentry在Eurocrypt 2003上首次提出的,它克服了传统公钥系统中存在的证书管理问题和基于身份公钥系统中存在的密钥托管问题。基于计算性Diffie-Hellman假设,构造一个Shnorr型的高效的基于证书数字签名方案,并在随机预言机模型（Random Oracle Model）下证明其安全性。该方案在签名算法中不需要任何双线性对运算,在签名验证算法中只需要一个双线性对运算,在效率上优于已有的基于证书数字签名方案。     

More efficient tightly-secure lattice-based IBE with equality test

Identity-based encryption with equality test (IBEET) combines public key encryption with equality test (PKEET) and identity-based encryption (IBE). In an IBEET scheme, a user with trapdoors is allowed to verify whether different ciphertexts encrypted under different identities correspond to equal plaintexts through the equality test algorithm. Recently, several IBEET schemes were constructed over lattices to resist the potential quantum threats, perhaps since the latticed-based candidates are the most favored ones in the current NIST PQC standardization. However, almost all of the schemes are developed from Lee et al.’s generic construction and hence double both public parameters and ciphertext sizes. In this paper, we propose a more efficient and tightly-secure IBEET scheme which not only achieves a tight reduction with the semi-adaptive security, but also reduces both public parameters and ciphertext sizes.     

高效可证安全的基于证书数字签名方案

基于证书公钥密码系统是近年来提出的一种新型公钥密码体制,它结合了传统公钥密码体制和基于身份密码体制的优点,克服了其存在的问题。利用双线性映射,提出了一个基于证书的数字签名方案,在随机预言机模型下给出了严格的安全证明。方案的安全性基于q强Diffie-Hellman问题和扩展的逆计算Diffie-Hellman问题的困难性。分析表明,所构造的新方案满足正确性和存在不可伪造性,具有较高的安全性,不仅简化了证书管理过程,克服了密钥托管问题,而且方案的整体性能比较高。