基于国产密码SM2的实用公钥广播加密方案

近年来网络攻击与数据泄露事件层出不穷,网络安全受到国家及相关部门的高度关注.国产密码算法作为保障我国网络与信息安全的关键技术,推动其应用与实施既符合构建我国网络强国的战略需求,又能保障实际应用的健康发展. SM2公钥加密算法是我国自主设计的国产商用密码之一,可有效保障数据在通信过程中的安全性.然而,经典SM2公钥加密算法适合“一对一”通信场景,在“一对多”通信场景中需承担较大的计算与通信开销.为提升SM2公钥加密算法在“一对多”通信场景中计算与通信效率,扩展我国商用密码的应用范围,本文将我国商用密码SM2公钥加密算法和广播加密概念相结合,利用Diffie-Hellman密钥交换和多项式秘密分享的思想,设计了基于SM2的公钥广播加密方案.所构造方案最大程度地保留原有SM2公钥加密算法结构,通过简单地扩展即可实现在多用户场景下消息安全广播的自主可控.与现有广播加密方案相比,所构造方案的系统参数大小与接收者数量无线性关系,以及系统无需指定数据发送者广播消息.所构造方案的安全性分析表明,本文方案与SM2公钥加密算法具有相同安全强度.理论分析与实验仿真表明,所构造方案具有较好的性能,显著增强了我...     

国密SM2加密算法的RCCA安全设计

国密SM2密码算法已经成为保障我国网络信息系统安全自主可控的关键技术.然而近期研究发现, SM2加密算法在实际部署应用时面临高效的算法替换攻击.该种攻击可以从当前的密文预测下一次加密所使用的随机数,从而可以在不知道解密密钥的情况下成功解密后续密文.密码逆向防火墙技术已被证实可以有效抵抗该种攻击,但其要求密文具有可重随机性,与SM2加密算法本身所具备的CCA (chosen-ciphertext attack)安全性相冲突.针对该问题,本文改进SM2加密算法,构造了具有RCCA (可重放CCA)安全性的公钥加密方案.该方案具有与SM2加密算法近似的安全性,且同时支持密文重随机操作,因此可以有效兼容密码逆向防火墙.方案的设计遵循Phan等提出的OAEP三轮构造范式,结合SM2加密算法进行改进,并在随机预言机模型下给出了严谨的安全证明.本文提出了首个基于国密算法的可重随机RCCA公钥加密方案,研究结果有助于提升SM2密码算法在实际应用中的安全性.     

基于SM2数字签名算法的可否认环签名

可否认环签名,允许环成员能在无可信第三方的情况下确认或者否认自己是该签名的签名者,较好平衡了隐私保护与可控监管,有广泛的应用场景.为了完善和丰富国产商用密码体系,本文提出基于SM2数字签名的可否认环签名方案,能够实现对签名的确认与否认功能.本文形式化证明所提出的方案满足正确性、不可伪造性、匿名性、可追踪性、不可诽谤性.通过通信和计算开销对比,可以得出本文方案通信开销与SM2环签名相当,计算开销略高于Komano等人的方案,具有良好的实用性.     

一种基于身份的环签密方案

使用威尔配对,本文提出了一种基于身份的环签密方案,给出了具体的算法.该方案能够使消息的发送者以一种完全匿名的方式发送消息,并且同时实现保密性和认证性两种功能.我们证明了在决策双线性Diffie-Hellman问题难解的假设下,新提出的方案对自适应选择密文攻击是安全的.与传统的先签名后加密的方案相比,本方案中密文长度有了明显的降低,在低带宽的要求下更加可行.     

一种高效的指定验证人的代理签名方案

代理签名与指定验证人签名都是非常有用的密码学工具,在实际生活中有着广泛的应用。在代理签名中,原始签名人能将数字签名的权力委托给代理签名人;而在指定验证人签名方案中,对于验证人是有所限制的。该文结合二者的优点,利用基于离散对数的Schnorr数字签名方案构造了一个指定验证人的代理签名方案。新提出的方案能够满足代理签名和指定验证人签名的安全性质。分析显示,新方案不仅是安全的,而且在通信和计算方面是高效的。     

基于区块链的电子医疗记录安全共享

针对电子医疗记录（EMR）共享面临的数据提供商集权化、患者数据管理显被动、互操作效率低、恶意传播等问题,提出一种基于区块链的电子医疗记录安全共享方法。首先,基于商用密码SM2数字签名算法提出一种更加安全高效的泛指定验证者签名证明（UDVSP）方案;然后,设计具有上传、验证、检索、撤销等功能的智能合约,构造基于区块链的电子医疗记录安全共享系统;最后,通过安全性分析和性能分析论证UDVSP方案和共享系统的可行性。安全性分析结果表明,所设计的UDVSP方案满足可证明安全性。性能评估结果表明,与现有常用的UDVSP/UDVS方案相比,节省至少87.42%的计算开销和93.75%的通信代价。区块链智能合约原型系统的仿真结果进一步论证了共享系统的安全性和高效性。     

基于身份签名方案的安全性分析

基于身份的数字签名是一种重要的密码学工具,不仅在基于身份密码体制中实现了签名功能,而且简化了传统数字签名中公钥证书的生成、管理和吊销等问题.Paterson和Schuldt首次构造了标准模型下可证明安全的基于身份的数字签名方案,但是该方案效率不高且通信代价昂贵.李继国和姜平进提出了一个新型的改进方案———标准模型下可证安全的基于身份的高效签名方案,新方案的特点是:标准模型下可证明安全、计算效率更高、通信代价更小.然而,文中发现,该方案并不满足不可伪造性,原因在于用户密钥提取是广义伪造的.进一步指出了原方案安全性证明中的缺陷:敌手的view与安全性模拟中成功的事件不独立.     

可修订数字签名研究综述

数据的安全问题已成为关系国家经济、政治、国防、文化安全的重大问题.数字签名可验证数据内容的完整性和数据源的真实性,是保障数据安全的核心技术之一.数字签名的传统安全要求为在自适应选择消息攻击下满足存在不可伪造性.虽然数字签名的传统安全目标能满足数据认证的基本要求,但也阻碍了对已签名数据的合理操作,不能满足很多实际应用的需求.可修订签名是一类支持编辑操作的具有同态性质的数字签名.在不与签名人交互的情况下,签名持有人(修订者)可删除已签名数据中的敏感子数据,并计算修订后数据的有效签名.自2001年可修订数字签名被正式提出以来,就一直是应用密码学领域的研究热点.近年来许多国内外的学者从形式化安全定义、修订规则、计算效率、通信效率等多个方面对其进行探索研究,相继取得了一批有意义的研究成果.网络技术及其应用的快速发展在不断地对可修订数字签名提出新的要求,将从其核心算法定义、安全模型以及现有的代表性方案等方面对可修订数字签名进行概括和分析,并探讨值得进一步研究的问题.     

基于SM2数字签名算法的适配器签名方案

适配器签名(adaptor signature)方案是标准数字签名的一种扩展形式,它可以创建一个隐含困难关系(例如离散对数)状态的“预签名”,并通过困难关系证据将该预签名转换为一个完整签名,且转换后的完整签名可通过一个标准签名方案的验证算法验证其有效性.直观地说,适配器签名应具备2个属性：1)只有知道困难关系证据的用户才能够将预签名转变为完整签名;2)任何用户可以通过预签名和完整签名提取困难关系证据.基于这2个性质,适配器签名方案能够在区块链中提供很好的原子交换性质,并已在实践中得以广泛应用.以SM2数字签名算法为基础,构造了一个新的适配器签名方案(记为SM2-AS).该方案能够有效地衔接SM2签名方案的密钥生成、签名生成和签名验证算法.在随机预言模型下证明了SM2-AS方案是安全的,即满足预签名正确性、预签名可适配性、选择明文攻击下的存在不可伪造性和证据可提取性.理论分析和实验测试表明：SM2-AS方案的性能虽然弱于Schnorr适配器签名方案,但与ECDSA适配器签名方案相当.