基于时序关系的消息推理及安全协议符号迹分析

如何准确地描述敌意环境中的协议运行模型和在统一的框架下分析多种安全属性是安全协议形式化分析中的两个关键问题。提出了基于时序关系的消息推理,把实体的知识与协议的符号迹分析结合起来,构建了协议运行的一般模型。在此模型下,消息间的相互关系被用来统一多种安全属性的形式化表达,定义了相应的属性满足关系,提出了分析安全协议的一般框架。最后给出了一个实例分析,并指出该框架以后的研究方向。     

基于形式化方法的安全协议安全性分析

协议安全是确保网络数据安全的基础。传统的基于观察的人工分析协议安全性分析已不能满足安全需求。如何研究安全协议及安全属性的性质,使两者在统一框架下实现可分析和验证是亟待解决的问题,形式化分析为解决这一问题提供了精确的数学手段和强大的分析工具。对已有的安全协议形式化分析方法进行了归纳和总结,并从等价验证、协议优化和增强分析准确度三方面提出了未来的研究设想。     

使用构造类别代数描述和验证密码协议

密码协议必须满足安全属性的需求，对密码协议进行形式化规范需要证明其满足该属性。传统的方法或者不利于验证，或者不利于描述。本文在构造类别代数中引入时序算子，对密码协议以及协议的入侵者进行建模，在此基础上利用时序逻辑推导协议应该满足的安全属性。通过在Equicrpt协议上的应用，说明了这是一种解决密码协议描述和验证的行之有效的方法。     

基于分层时间有色Petri网的支付协议公平性分析

电子支付协议是一种重要的电子商务协议,公平性是其重要的安全属性之一。该文提出一种基于分层时间有色Petri网(HTCPN)的电子支付协议形式化分析方法。该方法在进行公平性分析时,充分考虑了两个环境因素:主体是否诚实和通信信道是否可靠,与其他形式化方法相比,可以更有效地分析协议公平性。使用该方法对典型支付协议IBS协议进行分析,分析结果验证了所提模型和方法的有效性。     

基于SmartVerif的比特币底层协议算力盗取漏洞发现

比特币引入了一种新的P2P(Peer to Peer)交易方法,并依靠其底层协议实现去中心化交易.然而,由于目前缺乏对比特币各底层协议的细粒度形式化分析和系统建模,比特币安全性并未被保证.本文通过设计多维度的比特币安全模型引理和细粒度的比特币模型规则,系统地抽象了多协议组合运行考虑下的比特币协议实体交互,完成了对比特币的形式化符号建模与自动化安全分析.与以前的工作相比,本文更细粒度地建模了比特币协议实体及其相关操作,并全面设计了满足比特币各实体需求的安全属性.此外,本文利用自动化形式化验证系统SmartVerif实现了无需额外手工推导证明的形式化验证实验,通过将本文所建模的符号模型规则与引理作为SmartVerif的输入,发现了比特币底层协议算力盗取攻击.     

Otway-Rees协议改进及形式化证明

选取认证密钥分配协议Otway-Rees协议作为研究对象,利用协议组合逻辑（PCL）作为协议证明工具,对安全协议形式化分析及证明进行了研究。首先给出了Otway-Rees协议常见的攻击形式,分析了存在的缺陷,提出了改进方案（AOR协议）;然后,为了更好地形式化描述AOR协议,对传统的PCL进行一定的扩展;紧接着,用扩展后的PCL对改进的协议中各个实体的行为和协议的安全属性进行形式化描述,将改进后的协议进行模块化划分,并利用PCL进行组合证明;最后,得出改进后的AOR协议具有密钥保密属性。     

可证明安全的RFID通信安全协议

通过对RFID系统特殊安全问题的系统研究,从可证明安全论证的角度出发,本文提出了一种可证明安全的RFID通信安全协议——rPAP。在随机预言模型下,使用形式化描述方式,系统地建立了RFID通信安全模型,并在该模型下,形式化地论证了rPAP协议的安全性。该协议适用于一般的RFID系统。     

基于Petri网的安全协议形式化分析

本文提出了一种基于Petri网的安全协议形式化描述和安全性验证的方法.该方法的特点是,利用逆向状态分析判定协议运行过程中可能出现的不安全状态,利用Petri网的状态可达性分析判断这些不安全状态是否可达.通过实例,我们证明了这种方法的有效性.     

网络支付协议的形式化安全需求及验证逻辑

从整个网络支付协议的安全角度出发，提出网络支付协议的多层安全需求模型，包括以认证和密钥分配为基础的基层需求、网络支付协议固有的中层需求(包括保密性、原子性、公平性、完整性、匿名性、不可否认性、可追究性等)、以及面向具体应用的高层需求。基于一阶逻辑和时序逻辑，提出一种适合描述网络支付协议的形式化安全需求的逻辑，描述了该逻辑的语法结构和推理规则，并用该安全需求逻辑对网络支付协议的多层安全需求进行了形式化描述。最后，以SET协议为例进行需求验证。     

密码协议主体角色进程表示

密码协议分析与设计的基础是对其进行形式化建模。将主体角色发送和接收消息的行为分别表示为相应的主体角色发送进程和接收进程,定义前缀(串行)和并发运算为主体角色进程演进的算子,并进一步将主体角色进程演进的状态系统描述为密码协议的串空间图。它为密码协议安全属性的验证提供了一个形式化模型。     

量子密钥分配协议的Petri网建模及安全性分析

量子密钥分配协议已经被证明具有无条件安全特性,但是证明过程比较复杂,不利于推广到其他量子密码协议的安全性分析和证明中.为了简化量子密码协议的安全性证明以及建立一种通用的证明方法,基于Petri网提出一种量子密钥分配协议的形式化分析方法,根据Biham的等效对称化攻击模型,将协议分为主体模型和攻击模型两部分,建立了BB84协议的Petn网模型,然后对模型进行安全性分析,分析结果表明, BB84协议是无条件安全的.该方法提高了安全性分析效率,形式上简洁统一,容易推广到其他量子密码协议的安全性分析中.     

Model checking wireless sensor network security protocols: TinySec + LEAP + TinyPK

In this paper, a formal analysis of security protocols in the field of wireless sensor networks is presented. Three complementary protocols, TinySec, LEAP and TinyPK, are modelled using the high-level formal language HLPSL, and verified using the model checking tool AVISPA, where two main security properties are checked: authenticity and confidentiality of messages. As a result of this analysis, two attacks have been found: a man-in-the-middle-attack and a type flaw attack. In both cases confidentiality is compromised and an intruder may obtain confidential data from a node in the network. Two solutions to these attacks are proposed in the paper.     

基于ATL的公平电子商务协议形式化分析

针对传统时序逻辑LTL,CTL及CTL*等把协议看成封闭系统进行分析的缺点,Kremer博士(2003)提出用一种基于博弈的ATL(Alternating-time Temporal Logic)方法分析公平电子商务协议并对几个典型的协议进行了公平性等方面的形式化分析。本文讨论了ATL逻辑及其在电子商务协议形式化分析中的应用,进一步扩展了Kremer博士的方法,使之在考虑公平性等特性的同时能够分析协议的安全性。最后本文用新方法对Zhou等人(1999)提出的 ZDB协议进行了严格的形式化分析,结果发现该协议在非保密通道下存在两个可能的攻击:保密信息泄露和重放攻击。     

密码协议的SPIN建模和验证

为了将模型检测这种强有力的系统验证技术应用于网络协议的安全分析,形式化建模仍然是目前的关键问题和难点所在.本文提出了一种基于高级过程描述语言的建模方法.根据入侵者角色和攻击目标的不同,从入侵者的角度分析协议的运行模式,为每个主体建立过程模型,用模型检测工具进行分析验证.对BAN-Yahalom协议的SPIN分析验证了这种方法的可行性.该方法具有一定的通用性,对其它网络协议的分析有很好的参考价值.     

基于串空间模型的改进型 Otway-Rees 协议分析

串空间模型是一种新兴的密码协议形式化分析工具,其理论中理想和诚实概念的提出大大减少了协议的证明步骤.本文在 Otway-Rees 协议缺陷的基础上对它进行改进,并利用串空间模型的理论对改进后的 Otway-Rees 协议进行了形式化的分析.新的 Otway-Rees 协议满足其安全目标,是安全可行的     

Smart card–based password authenticated key agreement protocol using chaotic maps

In 2015, Lee proposed time stamp–based and nonce‐based password authenticated key agreement protocols based on the Chebyshev chaotic map to enhance the security of relevant schemes. However, in this paper, we demonstrate that Lee's protocols are vulnerable to user impersonation and stolen verifier attacks. To overcome these security problems, we thus provide an improved version using a smart card. Security analysis and comparisons show that the proposed protocol is more secure and maintains better performance. Furthermore, we perform a formal verification of the proposed protocol using the widely accepted AVISPA tool for error detection.     

Bioinspired Security Analysis of Wireless Protocols

Fraglets represent an execution model for communication protocols that resembles the chemical reactions in living organisms. The strong connection between their way of transforming and reacting and formal rewriting systems makes a fraglet program amenable to automatic verification. Grounded on past work, this paper investigates feasibility of adopting fraglets as model for specifying security protocols and analysing their properties. In particular, we give concrete sample analyses over a secure RFID protocol, showing evolution of the protocol run as chemical dynamics and simulating an adversary trying to circumvent the intended steps. The results of our analysis confirm the effectiveness of the cryptofraglets framework for the model and analysis of security properties and eventually show its potential to identify and uncover protocol flaws.     

A secure end‐to‐end SMS‐based mobile banking protocol

Short message service (SMS) provides a wide channel of communication for banking in mobile commerce and mobile payment. The transmission of SMS is not secure in the network using global system for mobile communications or general packet radio service. Security threats in SMS restricted the use of SMS in mobile banking within certain limits. This paper proposed a model to address the security of SMS using elliptic curve cryptography. The proposed model provides end‐to‐end SMS communication between the customer and the bank through the mobile application. The main objective of the proposed model is to design and develop a security framework for SMS banking. Further, the protocol is verified for its correctness and security properties because most of the protocols are not having the facility to be verified by using the formal methods. Our proposed framework is experimentally validated by formal methods using model checking tool called automated validation of internet security protocols and Scyther tools. Security analysis shows that the proposed mechanism works better compared to existing SMS payment protocols for real‐world applications.