Dynamic and efficient joint encryption scheme in the plain public key model

In this paper, we propose a joint encryption scheme (JES) based on discrete logarithms in the plain public key model, in which a sender can easily encrypt messages under the public keys of a group of recipients, so that only by collaborating together can all the recipients recover messages. Neither the size of the ciphertext nor the encryption computation depends on the number of the recipients. We show that the JES scheme is semantically secure against adaptive chosen ciphertext attacks in the random oracle model under the assumption of Computational Diffie-Hellman problems.     

An efficient ID-based cryptographic encryption based on discrete logarithm problem and integer factorization problem

ID-based encryption (identity-based) is a very useful tool in cryptography. It has many potential applications. The security of traditional ID-based encryption scheme wholly depends on the security of secret keys. Exposure of secret keys requires reissuing all previously assigned encryptions. This limitation becomes more obvious today as key exposure is more common with increasing use of mobile and unprotected devices. Under this background, mitigating the damage of key exposure in ID-based encryption is an important problem. To deal with this problem, we propose to integrate forward security into ID-based encryption. In this paper, we propose a new construction of ID-based encryption scheme based on integer factorization problem and discrete logarithm problem is semantically secure against chosen plaintext attack (CPA) in random oracle model. We demonstrate that our scheme outperforms the other existing schemes in terms of security, computational cost and the length of public key.     

一个新的理想格上基于属性的加密方案

随着密码学技术不断发展,基于属性的密码学作为密码算法的新概念,近年来受到广泛关注。但是,已提出的基于属性的加密方案大都是基于大整数分解和离散对数问题等传统数学问题之上的公钥密码方案,这些方案存在运算效率较低、不能抵抗亚指数攻击和量子攻击等缺点,这限制了其在密码体制中的发展。提出了一个新的理想格上基于属性的加密方案,与已有的基于属性的加密方案相比,该加密方案利用了理想格上的特殊结构,容易实现,具有较短的公钥和密文;加密、解密都通过格上的函数调用实现,大大减小了运算量。     

后量子加密算法的硬件实现综述

现有的密码体制大多基于RSA、ECC等公钥密码体制,在信息安全系统中实现密钥交换、数字签名和身份认证等,有其独特的优势,其安全性分别依赖于解决整数分解问题和离散对数问题的难度。近年来,随着量子计算机的快速发展,破解上述数学问题的时间大幅减少,这将严重损害数字通信的安全性、保密性和完整性。与此同时,一个新的密码学领域,即后量子密码学应运而生,基于它的加密算法可以对抗量子计算机的攻击,因此成为近年来的热点研究方向。2016年以来,NIST向世界各地的研究者征集候选抗量子密码学方案,并对全部方案进行安全性、成本和性能的评估,最终通过评估的候选方案将被标准化。本文比较了NIST后量子密码学算法征集(第2轮、第3轮)的各个方案,概述目前后量子加密算法的主要实现方法:基于哈希、基于编码、基于格和基于多变量,分析了各自的安全性,签名参数及计算量的特点以及后期的优化方向。PQC算法在硬件实现上的挑战其一是算法规范的数学复杂性,这些规范通常是由密码学家编写的,关注的重点是其安全性而非实现的效率,其二需要存储大型公钥、私钥和内部状态,这可能会导致不能实现真正的轻量级,从而降低硬件实现的效率。本文重点介绍了目前后量子加密算法的硬件实现方式,包括PQC硬件应用程序编程接口的开发,基于HLS的抽象实现和基于FPGA/ASIC平台的硬件实现。PQC方案的硬件化过程中不仅需要算法的高效实现,同时需要抵抗针对硬件结构的侧信道攻击。侧信道攻击可以通过来自目标设备泄露的相关信息来提取密码设备的密钥。本文讨论了后量子加密算法在具体实现和应用中受到侧信道攻击类别和防御对策。     

标准模型下的高效强安全混合加密方案

如何设计标准模型下满足适应性选择密文安全（IND-CCA2）的高效加密方案,是公钥密码学领域的一个重要研究课题。基于判定型双线性Diffie-Hellman问题,提出了一个高效、短公/私钥长度、强安全的,基于对称加密算法、消息认证码算法、密钥分割算法等基础算法的一次一密型混合加密方案,分析了方案的安全性和效率。方案在标准模型下被证明具有IND-CCA2安全性,支持公开的密文完整性验证,与同类方案相比计算效率高。     

简述公钥密码加密体制

在安全系统中信息安全问题是非常重要问题,然而,在信息安全中密码技术是信息安全的基础,也是最常用的安全手段,公钥加密是密码加密方法中的一种。目前,流行的公钥密码主要基于3类困难问题:基于大整数因式分解的RSA方案,离散对数问题的EIGamal方案,以及基于椭圆曲线离散对数的椭圆曲线方案。但是以上的这些方案都存在威胁,随着因式分解和离散对数的求解技术的不断提高,特别是量子算法的出现都可以解决上述问题。结合已经有的加密技术简略介绍了公钥加密算法的发展情况。     

一类无证书签名方案的构造方法

无证书密码体制(CL-PKC)是一类新型公钥密码体制.它保持了基于身份的密码体制(ID-PKC)不需要使用公钥证书的优点,又较好地解决了基于身份的公钥体制所固有的密钥托管问题.对无证书体制下安全高效的签名方案的设计方法的研究是受到高度关注的研究课题.文中给出了一类无证书签名方案的构造方法,并在一个很强的安全模型下对用该方法所构造的方案的安全性进行了证明.文中对新构造的方案与已有的一些同类方案的性能进行了比较.结果显示新方案在整体性能上有一定的优势.     

标准模型下可证明安全的入侵容忍公钥加密方案

在传统的公钥加密方案中,一旦解密密钥泄漏,系统的安全性将完全丧失.特别是随着越来越多的加密系统被应用到移动的、安全性低的设备中,密钥泄漏显得难以避免.入侵容忍公钥加密的提出就是为了减小密钥泄漏对加密系统的危害,具有比前向安全加密、密钥隔离加密更强的安全性.在这种体制下,整个生命周期被分割成离散的时间阶段,公钥固定不变,密钥信息分享在解密者和基地中,前者独立完成解密操作,而后者则在每个时间周期中提供一个更新信息来帮助演化解密密钥.此外,每个时间段内有多次密钥刷新的操作,可以刷新解密者的密钥和基密钥.当解密者和基地被入侵时,只要不是同时被入侵,安全性就可以得到保证.即使入侵者同时入侵解密者和基地,也不会影响以前时间段密文的安全性.提出了一个入侵容忍公钥加密方案,所有费用参数关于总共时间段数的复杂性均不超过对数的平方.证明了该方案是标准模型下安全的.这是一个不需要随机预言的可证明安全的入侵容忍公钥加密方案.     

基于SM2的无证书加密算法

无证书密码系统中无需证书来管理公钥,同时没有标识密码系统中的密钥委托功能.本文描述一种基于SM2加密算法构造的无证书加密算法,并在随机谕示和代数群模型下证明其安全性可以规约到Gap-Diffie-Hellman复杂性假设.因此构造的算法具有可证明安全性,并可基于已有SM2算法部件快速部署等优势.采用该算法的密码系统具有简洁的密钥管理、高效的算法实现,非常适合物联网等需要轻量级公钥算法的应用场景.     

基于无证书的两方认证密钥协商协议

两方认证密钥协商协议的设计主要基于传统公钥密码体制和基于身份的公钥密码体制.基于无证书的认证密钥协商方案避免了基于传统公钥证书方案存在的身份管理复杂性,同时也消除了基于身份方案中所固有的密钥托管问题.Park等人在2007年提出了选择身份安全模型下抗选择明文攻击(IND-sID-CPA)的无证书加密方案,在该方案的启发下提出了基于无证书体制的两方认证密钥协商方案,并与其他方案进行了安全性和有效性比较.该方案满足目前已知的绝大多数安全属性要求,特别是完美前向安全性,PKG前向安全性,已知会话相关临时秘密信息安全性以及无密钥托管等安全特性,同时保持了良好的计算效率.     

辫子群上新的难解问题及其密码学应用研究

利用Shor,Boneh和Lipton等的量子算法不仅可以在多项式时间内分解大整数,还可以有效解决离散对数和椭圆曲线上的离散对数问题,传统的基于这三类难解问题的公钥密码系统在量子计算机时代将变得不再安全．辫子群是一类较适合构造抵抗量子密码分析的计算平台,但目前基于辫子群的公钥密码系统所凭借的难解问题都得到了一定程度的解决．两类新的难解问题是根据P次方根问题的难解性和线性表示攻击提出的．在此基础上构造了一个新的密钥协商协议,分析了协议的安全性,给出了参数选择建议和理由．新的密钥协商协议可以抵抗目前已知的各种攻击．     

基于单个服务器的双线性对运算外包算法

双线性对运算是公钥密码算法的基本运算之一,在基于身份加密、基于属性加密等密码体制中有重要应用。现有可行的双线性对外包算法均基于两个不可信服务器,这在实际应用中不易实现。针对此问题,提出一种基于单个服务器的双线性对运算外包算法。通过少量的预计算,即可对用户的输入进行盲化处理,实现输入及输出的保密性,并能有效地验证外包结果的正确性。实验结果表明,所提算法只需进行常数次点加和模乘运算,极大地降低用户的计算代价,并且可验证性概率可达到2/5。与现有的双线性外包算法相比,所提算法仅需要调用一个不可信服务器,在实际应用中更易实现。     

一种有效的可验证的门限多秘密分享方案

针对多数秘密共享方案不能同时防止秘密管理者和秘密成员的欺骗,以及子秘密重构时计算量大等问题,提出了一种安全有效的解决方案。在该方案中,每个分享者只需拥有一个秘密影子就可以和其它分享者共享多个秘密信息,此外,方案提供了有效抵御秘密管理者欺骗和成员欺骗的解决方法。方案的安全性是基于求离散对数和RSA大整数因式分解的困难性。与其它已有的方案相比,此方案的优点在于计算量低和子秘密重构时采用了并行算法。     

基于BRLWE的物联网后量子加密技术研究

随着量子计算机的发展,现有的公钥加密体系无法保障物联网通信的安全性。后量子加密算法所基于的数学难题目前还不能被量子计算机攻破,因此具备良好的抗量子安全性,尤其是基于格的公钥密码体制,有望成为下一代公钥加密体系的主流。然而,后量子加密算法存在计算量大、存储空间大等问题,如果将其直接应用于物联网终端的轻量级设备中,会降低物联网环境的通信效率。为了更好地保护物联网通信安全,保障物联网通信效率,提出了Sym-BRLWE(symmetrical binary RLWE)后量子加密算法。该算法在基于二进制环上容错学习(BRLWE,binary ring-learning with errors)问题的加密算法的基础上,改进了离散均匀分布上的随机数选取方式和多项式乘法的计算方式,从而满足物联网通信的效率要求,增加了加密安全性防护性措施以保证算法在取得高效率的同时具有高安全性,更加适应于物联网轻量设备。安全性分析表明,Sym-BRLWE加密算法具有高安全性,从理论上能够抵抗格攻击、时序攻击、简单能量分析和差分能量分析;仿真实验结果表明,Sym-BRLWE加密算法具有通信效率高的优势,加密解密效率高且密钥尺寸小,在模拟8 bit微型设备的二进制运算环境下,选择140 bit的抗量子安全级别参数时,相较于其他已有的基于BRLWE的加密算法,同等加密条件下Sym-BRLWE加密算法能够在加密总时间上减少30%~40%。     

无证书公钥密码体制研究

无证书公钥密码体制(certificateless public key cryptography,简称CL-PKC)是在基于身份的公钥密码体制(identity-based public key cryptography,简称ID-PKC)的基础上提出来的一种新型公钥密码体制,没有密钥托管问题、不需要使用公钥证书,使得无证书公钥密码体制从其概念提出的初始就受到了学术界和工业界的极大关注.从2003年至今,它一直是密码学和信息安全领域非常活跃的研究热点.其理论和技术在不断地丰富和发展.到目前为止,已经积累了大量的研究成果.将对这些成果进行较为系统的整理、分析、比较和简要的评述,并探讨该领域研究尚存在的不足及值得进一步研究的问题.     

基于离散对数加密系统的密钥认证模式

在公开密钥制中保护公开密钥使其不被篡改是很重要的,大部分密钥认证模式都要求一个或多个认证机构来认证密钥。文中针对基于离散对数加密系统介绍一种新的密钥认证模式,该模式类似于传统的基于证明的模式,但不要求认证机构,用户的公开密钥证明是将其口令与私有密钥两者结合生成的,该模式具有高的安全性且认证过程简单。     

Extended Methodology of RS Design and Instances Based on GIP

Abe et al. proposed the methodology of ring signature (RS) design in 2002 and showed how to construct RS with a mixture of public keys based on factorization and/or discrete logarithms. Their methodology cannot be applied to knowledge signatures (KS) using the Fiat-Shamir heuristic and cut-and-choose techniques, for instance, the Goldreich KS. This paper presents a more general construction of RS from various public keys if there exists a secure signature using such a public key and an efficient algorithm to forge the relation to be checked if the challenges in such a signature are known in advance. The paper shows how to construct RS based on the graph isomorphism problem (GIP). Although it is unknown whether or not GIP is NP-Complete, there are no known arguments that it can be solved even in the quantum computation model. Hence, the scheme has a better security basis and it is plausibly secure against quantum adversaries.     

一种支持快速加密的基于属性加密方案

基于属性加密算法因含有大量耗时的指数运算和双线性对运算,一些方案提出将加密外包给云服务器.然而这些方案并没有给出外包加密在云服务器中的并行计算方法,而且还存在用户保管私钥过多、授权中心生成用户私钥成本过大的问题.针对这些问题,提出一种基于Spark大数据平台的快速加密与共享方案.在该方案中,根据共享访问树的特点设计加密并行化算法,该算法将共享访问树的秘密值分发和叶子节点加密并行化之后交给Spark集群处理,而用户客户端对每个叶子节点仅需要一次指数运算;此外,用户私钥的属性计算也外包给Spark集群,授权中心生成一个用户私钥仅需要4次指数运算,并且用户仅需要保存一个占用空间很小的密钥子项.     

一个较快速的整数上的全同态加密方案

为了提高全同态加密的效率,基于部分近似最大公因子问题,提出了一个整数上的全同态加密方案。与Dijk等人的方案比较,具有较小的公钥尺寸,计算较快速的特点。在允许可忽略概率解密错误的条件下,进一步降低了方案的解密算法复杂度,提高了方案的效率,并证明了该方案具有语义安全。