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.     

用密钥封装机制实现IPSec密钥建立

出在网络层的安全协议IPSec中引入密钥封装机制(KEM),通过密钥传输实现IPSec密钥建立.在目前基于密钥交换的IKEv2协议之外,提供了另一种密钥建立的方法.对所给协议的分析表明,在同样需要交换证书进行消息认证的情况下,KEM密钥传输协议与IKEv2协议同样安全,并且更加有效.     

一个高效的基于证书的加密方案

基于证书的公钥密码体制有效克服了基于身份的公钥密码体制和传统公钥密码体制中存在缺陷,成为一种颇受关注的公钥体制.以SK-IBE方案和ElGamal公钥加密方案作为构件,提出了一个高效的基于线对和基于证书的加密方案,并在随机预言模型下给出了安全性证明.在p-BDHI假设下,该方案被证明是IND-CBE-CCA安全的.在效率方面,该方案仅在解密时计算一个线对,因此方案的总体性能是高效的,经对比分析,优于现有的其它CBE方案.     

一种基于身份和密钥封装机制的加密方案

提出一个基于身份和密钥封装机制的加密方案,采用对称加密技术实现信息的高效加密解密,利用基于身份的密码算法传递对称密钥。该方案扩展了标准模型下可证明安全的选择密文攻击的加密方案,其安全性规约为判定性Diffie-Hellman假设。分析结果表明,该方案对抵抗自适应选择密文攻击是不可区分的。     

抗泄露的无证书密钥封装机制及应用

泄露攻击的出现,导致在传统理想安全模型下已证明安全的密码机制在实际应用中不再保持其所声称的安全性;并且现有基于双线性映射构造的抗泄露无证书密钥封装机制(certificateless key-encapsulation mechanism,CL-KEM)的计算效率较低.针对上述不足,在不使用双线性映射的前提下本文设计了...     

CCA安全的抗连续泄露的广播密钥封装机制

传统公钥基础设施中的证书复杂管理和身份基密码体制中的密钥托管等问题在基于证书的密码体制下得到了很好的解决,因此无证书密码体制近年来得到了广泛关注.此外,在现实应用中,攻击者基于冷启动、边信道等各种各样的泄露攻击获得密码机制内部敏感状态(如秘密钥等)的泄露信息,导致在传统理想模型下被证明安全的密码机制不再具有相应的安全性.此外,由于广播通信模式具有较高的消息通信效率,多个具有广播通信功能的密码原语相继被提出.针对基于证书密钥封装机制对泄露容忍性和广播通信等性能的需求,提出抗泄露的基于证书的广播密钥封装机制的实例化构造,并基于判定的Diffie-Hellman困难性假设对其选择密文攻击下的安全性进行了证明.此外,为进一步增强该构造的实用性,研究了广播密钥封装机制的连续泄露容忍性,通过定期更新用户密钥的方式实现了对连续泄露攻击的抵抗目标.与现有工作的分析对比表明,该构造在保证安全性可证明的基础上,不仅实现了抵抗泄露攻击和广播通信的功能,而且拥有较高的计算效率.     

高效无双线性对的带关键词搜索的基于证书加密方案

针对已有带关键词搜索的公钥加密方案中存在的复杂的证书管理、密钥托管以及密钥分发等问题,提出一种带关键词搜索的基于证书加密的方案。首先,给出带关键词搜索的基于证书加密方案及其安全模型的形式化定义;然后,基于椭圆曲线构造一个高效无双线性对的带关键词搜索的基于证书加密方案,并基于计算Diffie-Hellman问题（CDHP）证明了该方案满足适应性选择关键词攻击下的关键词密文不可区分性;最后,对所提出方案进行仿真模拟,并就方案特性和性能两个方面与已有的带关键词搜索的公钥加密方法进行对比。对比分析表明,所提出方案不仅具有隐认证、无密钥托管以及无密钥分发的优良特性,而且在计算效率和通信代价上要优于已有的带关键词搜索的无证书加密方案。     

基于签密的密码工作流密钥封装机制

密码工作流(cryptographic workflow)是多用户环境下一种特殊的密码系统工作模式,在这种工作模式下,加密消息需要依据某种策略进行,因此只有履行这一策略的实体才能进行消息解密.为保证在密码工作流模式下密钥封装能够同时实现密钥免托管性和密钥封装传递的不可伪造性,基于签密的思想定义了一个新的密码工作流模式下的密钥封装机制.首先定义了密码工作流模式下基于签密的密钥封装一般模型,并给出了相应的安全模型;其次,结合秘密共享方案、基于身份加密方案和签密方案,提出一个新的结构方案,并在标准模型(standard model)下利用序列游戏证明方法对该结构方案的安全性进行了详细证明.证明结果表明,该密钥封装结构方案能够达到密码工作流模式下要求的接收者安全和外部安全.     

新的基于证书的代理盲签名方案

针对已有公钥密码系统下代理盲签名的安全性问题及签名方案效率不高的问题,结合Li等人基于证书代理签名的概念,给出了基于证书代理盲签名的定义,并提出一个新的基于证书代理盲签名方案。给出方案的性能分析,分析结果表明新方案不仅能满足代理盲签名的所有安全性质,且签名算法效率也有所提高,更适合实际应用。     

车载自组网中基于无证书的密钥隔离批量消息认证方案

针对车载自组网(VANET)中匿名认证存在的安全性问题,提出了一种高效的车载自组网的匿名认证方案。该方案将无证书密码体制和密钥隔离技术结合应用在车载自组网的环境中,通过更新协助器RSU与车辆用户OBUi的密钥,使得某时间段的临时私钥的泄漏不会影响到前向和后向的安全性,并在随机预言模型下证明了该方案的安全性。最后,性能分析结果表明,该方案不仅提高了消息签名匿名认证的效率,而且降低了整个系统运算的开销,具有较好的理论意义与实用价值。     

基于证书的多代理签名方案

基于证书的密码体制既能降低公钥管理的高昂费用,又能解决密钥托管问题。多代理签名允许一个原始签名者把他的签名权委托给一群代理签名人,并且只有所有代理签名人合作才能产生有效的代理签名。给出了基于证书的多代理签名的形式化定义和安全模型,并提出了一个不使用双线性对的基于证书的多代理签名方案。在随机预言机模型中,基于离散对数问题假设,对方案进行了不可伪造性的证明。效率分析表明,该方案是高效的。最后,给出了该方案的应用实例。     

基于格陷门的高效密钥封装算法

量子计算机的深入研究已经威胁到基于离散对数和大整数分解问题的传统公钥密码,美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)于2017年开始了后量子密码算法征集,希望从全球提交的算法中评选出可以代替传统公钥密码的后量子公钥密码标准。在征集的后量子密码算法中,基于格的密码算法占比最多,基于格的密码算法具有抵抗量子算法攻击、困难问题存在“最坏情形”到“平均情形”的安全归约、计算简单等优势,是后量子密码算法中最具应用前景的密码算法。目前为止,提交的基于格的密钥封装算法均需要去随机化、误差采样等操作。去随机化即将底层概率性加密算法,通过引入随机喻言机模型(Random Oracle Model,ROM),将加密算法转化为确定性算法,以实现量子随机喻言机模型下的安全归约。误差采样指模空间上的离散高斯采样,在基于格的公钥加密中,通常需要特殊的算法设计,以满足加密算法性能与安全性需求。去随机化和误差采样操作既降低了算法运行效率,又增加了遭受侧信道攻击的风险。本文基于格的单向陷门函数,设计并实现了高效密钥封装算法,算法避免了去随机化和误差采样等操作,从算法设计层面提升了方案的效率。首先,本文提出了针对密钥封装算法设计场景的格上单向陷门优化技术,显著减小了格陷门的长度;其次,基于优化的格上陷门单向函数,构造了高效的量子随机喻言机模型(Quantum Random Oracle Model,QROM)下选择密文攻击不可区分安全(Indistinguishabilityagainst Chosen Ciphertext,IND-CCA)的密钥封装方案;最后,对密钥封装方案进行了攻击分析和实用参数设置分析,并对方案进行了软件实现和性能分析。     

支持批量审计的解密外包Twin-SM9密钥封装机制

自SM9标识密码相关算法先后被纳入ISO/IEC国际标准以来,为推动密码技术实现安全先进、自主可控,一系列关于SM9标识密码算法的功能性拓展和安全性(拓展)证明被提出。Cheng依据Gap-q-BCAA1困难问题假设对SM9密钥封装、公钥加密和密钥协商系列算法进行了安全性分析。为有效消除SM9系列算法对Gap困难问题的依附,Lai等人随后利用Twin-Hash-ElGamal技术构造出了Twin-SM9密钥封装机制。然而,Twin-SM9密钥封装机制的解密操作需要2次双线性配对运算,在需要对海量数据进行频繁解密操作且算力资源受限的环境中(如无线传感设备、密码芯片等),计算代价高昂的配对运算将会成为制约系统效率的重要瓶颈。针对上述问题,本文基于Twin-SM9提出了支持多密文批量审计的解密外包新型密钥封装机制BAOC-Twin-SM9,并在随机谕言模型下证明了BAOC-Twin-SM9具备Replayable Chosen Ciphertext Attacks (RCCA)安全性。BAOC-Twin-SM9利用云服务中心的强大算力有效消除了双线性配对运算对原Twin-SM9密钥封装机制解密效率的影响,计算资源有限的终端数据使用者最终只需进行两次简单的指数运算就能对外包计算结果解密。相比于Twin-SM9,其更适用于解密操作频繁且算力资源受限的环境中。另外,针对半可信云服务中心解密外包计算结果的高效审计问题,BAOC-Twin-SM9运用随机盲化技术实现了多密文外包解密结果的批量审计功能,从而保证了外包计算结果的正确性。理论分析和仿真实验数据论证了BAOC-Twin-SM9的可行性与高效性,BAOC-Twin-SM9拓展了SM9系列算法的应用领域。     

一种轻量级基于证书的认证密钥协商方案

认证密钥协议对于在公共网络上安全通信至关重要,它使通信方能够在恶意攻击者当前安全地设置共享会话密钥.基于证书的密码学(CBC)很好地解决了传统公钥密码体制中的证书撤销问题、基于身份的密码体制中的密钥托管问题和无证书密码体制中安全信道建立困难问题.现有的基于证书认证密钥协商方案大多都采用了昂贵的双线性配对,不适合计算资源有限的移动设备.本文设计了一种轻量级的基于证书的AKA协议,该协议用假名技术实现用户身份匿名.该协议提供了前向保密,抵抗中间人攻击,重放攻击等安全性分析.与以往基于证书的AKA协议相比,该协议在计算效率上具有明显的优势.     

公钥加密体制选择密文安全性的灰盒分析*

为了全面清晰地描述可证明安全公钥加密体制的研究现状,从时间和核心技术两个角度对主流基础公钥加密体制可证明安全性研究进行了系统的描述。给出了可证明安全公钥加密体制研究的发展历程、核心技术流派和研究现状,并指出了需要进一步研究的问题,对迅速全面把握可证明安全公钥加密体制研究动态具有重要参考意义。