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.     

抗泄露的(分层)身份基密钥封装机制

在真实应用环境中,冷启动、边信道等物理攻击方式的出现,使得敌手能够获得参与者内部私有状态的泄露信息,从而导致传统可证明安全的密码机制在有泄露的环境下已无法继续保持其原有的安全性,因此更多的密码学研究者开始致力于抗泄露密码机制的研究.混合加密技术同时具备了对称加密和非对称加密的优势,由于身份基密钥封装机制(Identity-Based Key-Encapsulation Mechanism,IB-KEM)是身份基混合加密机制的重要组成部分,近年来得到了广泛关注.为满足真实环境的抗泄露性需求,抗泄露IB-KEM被提出;然而现有的构造在计算、传输和存储等方面均存在不足.针对上述不足,本文提出了选择密文攻击(Chosen-Ciphertext Attacks,CCA)安全的抗泄露IB-KEM的通用构造,并基于底层IB-KEM的选择明文攻击(Chosen-Plaintext Attacks,CPA)安全性对通用构造的CCA安全性进行了形式化证明.此外,为展示本文通用构造的实用性及普遍性,分别设计了 IB-KEM和分层身份的身份基密钥封装机制(Hierarchical Identity-Based Key-Encapsulation Mechanism,HIB-KEM)的具体实例,并在选择身份的安全模型下,基于判定的双线性Diffie-Hellman假设和双线性Diffie-H ellman指数假设对本文实例的CPA安全性分别进行了证明.最后,为了实现抵抗连续泄露攻击的目标,本文研究了各实例的密钥更新算法.相较于已有CCA安全的抗泄露IB-KEM,本文构造在计算、传输和存储等方面具有一定的优势.     

一个安全的无证书签密方案

无证书的密码体制不但消除了传统公钥密码体制中的证书管理问题, 而且解决了基于身份密码体制中的密钥泄露问题。基于张磊等人的签名方案, 构造了一个安全的无证书签密方案。方案的安全性分析表明, 在DL和CDH问题困难性假设下, 能够抵抗适应性选择消息攻击下的存在性伪造。     

基于证书强指定验证者签名方案

借鉴无证书指定验证者签名的思想,提出了基于证书密码体制的强指定验证者签名的概念和安全模型.构造了基于证书的强指定验证者签名方案并分析了方案的通信代价和计算代价.基于GBDH困难问题假定,在随机预言模型下证明了方案对适应性选择消息攻击是存在不可伪造的.提出的方案较好地解决了基于身份指定验证者签名中的密钥托管问题.此外,提出的方案具有通信代价低、能够抵抗密钥替换攻击等优点.     

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。     

身份基加密机制的挑战后泄露容忍性

现有的多数抗泄露加密机制的研究均假设敌手的泄露是来自收到挑战密文之前,并禁止敌手在挑战后进行泄露操作.然而,在现实中敌手往往是接触到密文数据后会通过各种手段获取相应密钥的泄露信息,因此挑战后的泄露容忍性更符合实际环境的真实应用需求.针对上述不足,本文将对身份基加密(identity-based encryption, IBE)机制的挑战后泄露容忍性展开研究,提出IBE机制熵泄露容忍性的属性要求和安全性定义;并在状态分离模型中联合熵泄露容忍的IBE机制和二源提取器设计抗挑战后泄露攻击的IBE机制,对上述构造在选择明文攻击下的安全性进行了形式化证明.此外,为了获得具有更优安全性的IBE机制,在上述构造的基础上,通过增加消息验证码设计选择密文攻击安全的挑战后泄露容忍的IBE机制.     

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.     

基于证书的抗泄露的安全加密方案

近期实践表明密码系统容易受到各种攻击而泄漏密钥等相关秘密信息, 泄漏的秘密信息破坏了以前的已证明安全的方案, 因此设计抗泄漏的密码学方案是当前密码研究领域的一个热点研究方向。设计一个基于证书的加密方案, 总的设计思想是使用一个基于证书的哈希证明系统, 这个证明系统包含一个密钥封装算法, 用这个密钥封装算法结合一个提取器去加密一个对称加密所用的密钥, 那么得到的加密方案就是可以抵抗熵泄漏并且是安全的。对方案的安全性分析和抗泄漏性能分析, 表明本方案在抵抗一定量的密钥泄漏和熵泄漏时可以保持安全性。     

无对运算的无证书签名方案的攻击与改进

无证书密码体制解决了基于身份公钥密码体制中的密钥托管问题和基于传统公钥证书密码体制中的证书管理问题,基于此无证书密码体制已成为密码学研究的热点之一.最近,樊爱苑等人提出了一个无双线性对运算的无证书签名方案,通过对其进行安全性分析,发现该方案不能抵抗A-I类伪造攻击,并给出了一种具体的攻击方法.针对该方案的安全缺陷,提出了改进方案,并对改进方案进行了正确性、安全性以及效率分析,分析结论表明改进方案在保持原方案高效性的同时,能抵抗A-I类和A-II类伪造攻击,提高了安全性.     

基于椭圆曲线的加密密钥交换协议

加密密钥交换协议(EKE)的目的是利用安全性低的口令协商安全性高的密钥,进而利用密钥对以后的通信进行加密或身份认证,从而实现安全通信.基于验证元的EKE是针对服务器泄露攻击问题提出的.本文基于椭圆曲线密码系统的特点,给出了一个基于验证元的3EKE,该协议中,服务器通过口令实现对用户的认证;协议能够抵抗服务器泄露等攻击,...     

Practical continuous leakage-resilient CCA secure identity-based encryption

Leakage of private information including private keys of user has become a threat to the security of computing systems. It has become a common security requirement that a cryptographic scheme should withstand various leakage attacks. In the real life, an adversary can break the security of cryptography primitive by performing continuous leakage attacks. Although, some research on the leakage-resilient cryptography had been made, there are still some remaining issued in previous attempts. The identity-based encryption (IBE) constructions were designed in the bounded-leakage model, and might not be able to meet their claimed security under the continuous-leakage attacks. In the real applications, the leakage is unbounded. That is, a practical cryptography scheme should keep its original security in the continuous leakage setting. The previous continuous leakageresilient IBE schemes either only achieve chosen-plaintext attacks security or the chosen-ciphertext attacks (CCA) security is proved in the selective identity model. Aiming to solve these problems, in this paper, we show how to construct the continuous leakage-resilient IBE scheme, and the scheme’s adaptive CCA security is proved in the standard model based on the hardness of decisional bilinear Diffie-Hellman exponent assumption. For any adversary, all elements in the ciphertext are random, and an adversary cannot obtain any leakage on the private key of user from the corresponding given ciphertext. Moreover, the leakage parameter of our proposal is independent of the plaintext space and has a constant size.     

弹性泄漏的公钥加密研究进展

由于冷启动攻击和边信道攻击导致密码系统部分信息泄漏,设计弹性泄漏密码系统成了当前密码学领域的研究热点。介绍弹性泄漏密码学的研究背景和意义,系统地分析和阐述弹性泄漏加密研究现状。总结现有文献中几种弹性泄漏安全模型,对弹性泄漏的加密现已取得成果进行比较详细的介绍与分析。介绍几种经典的弹性泄漏加密方案并对其弹性泄漏原理进行分析。指出可以进一步研究的方向。     

无证书抗私钥泄漏的加密方案

针对大量的边信道攻击和冷启动攻击泄漏密码系统的秘密信息进而导致传统密码方案不安全的问题,提出了一种能在私钥泄漏情况下保持安全的无证书加密方案。基于q-ABDHE困难问题假设,从理论上证明了方案的安全性;通过提取器的使用实现了抗泄漏特性。理论分析表明提出的方案容许私钥的相对泄漏率可以达到1/8。     

Aleakage-resilient certificateless public key encryption scheme with CCA2 security

In recent years, much attention has been focused on designing provably secure cryptographic primitives in the presence of key leakage. Many constructions of leakage-resilient cryptographic primitives have been proposed. However, for any polynomial time adversary, most existing leakage-resilient cryptographic primitives cannot ensure that their outputs are random, and any polynomial time adversary can obtain a certain amount of leakage on the secret key from the corresponding output of a cryptographic primitive. In this study, to achieve better performance, a new construction of a chosen ciphertext attack 2 (CCA2) secure, leakage-resilient, and certificateless public-key encryption scheme is proposed, whose security is proved based on the hardness of the classic decisional Diffie-Hellman assumption. According to our analysis, our method can tolerate leakage attacks on the private key. This method also achieves better performance because polynomial time adversaries cannot achieve leakage on the private key from the corresponding ciphertext, and a key leakage ratio of 1/2 can be achieved. Because of these good features, our method may be significant in practical applications.     

Key continual-leakage resilient broadcast cryptosystem from dual system in broadcast networks

In order to tolerate possible leakage of secret keys, leakage-resilient cryptosystem models a class of attractive leakage output by allowing an adversary to provide any computable leakage function and learning the partial keys or other possible internal states from the output of function. In this work, we present an adaptively secure broadcast encryption resilient to key continual leakage in the standard model. Our scheme provides the tolerance of continual leakage, in which any user can generate multiple private keys per user by periodically updating the key. We use the dual system encryption mechanism to implement the leakage resilience and adaptive security, and intrinsically set an algorithm to refresh a key and produce a same distributed new key. We also give the evaluation of the leakage bound and leakage fraction, and the simulations show that our scheme can tolerate about 71% leakage fraction with 3.34 × 10^-52 failure probability in standard 80-bit security level when we adjust the leakage factor to allow the private key to be 100 Kb.     

Updatable Identity-Based Hash Proof System Based on Lattices and Its Application to Leakage-Resilient Public-Key Encryption Schemes

Identity-based hash proof system is a basic and important primitive. It is widely utilized to construct cryptographic schemes and protocols that are secure against key-leakage attacks. In this paper, we introduce the concept of updatable identity-based hash proof system, in which the related master secret key and the identity secret key can be updated securely. Then, we instantiate this primitive based on lattices in the standard model. Moreover, we introduce an application of this new primitive by giving a generic construction of leakage-resilient public-key encryption schemes with anonymity. This construction can be considered as the integration of the bounded-retrieval model and the continual leakage model. Compared with the existing leakage-resilient schemes, our construction not only is more efficient but also can resist much more key leakage.     

可证安全的抗泄露无证书混合签密机制

传统的基于双线性映射的混合签密方案存在着计算效率较低的不足,同时,无法抵抗信息泄露对方案所造成的危害,针对上述不足,在不使用双线性映射的基础上,提出了安全、高效的抗泄露无证书混合签密机制,并在随机谕言机模型下,基于计算性Diffie-Hellman问题和离散对数问题对该机制的机密性和不可伪造性进行了证明.同时,分析了该方案的公开验证性、前/后向安全性和不可否认性等安全属性;与传统的无证书混合签密机制相比,该机制不仅具有更优的计算效率,而且在秘密信息存在一定泄露的前提下,依然保持其所声称的安全性,即该方案还具有抵抗秘密信息泄露的能力.     

密钥弹性泄漏安全的通配模板层次委托加密机制

传统的密码方案假定密钥对可能的攻击者来说是完全隐藏的(只有算法是公开的),敌手无法获得有关密钥的任何信息.但在实际系统中,攻击者可在噪声信道或由侧信道攻击获得有关密钥的部分信息.密钥弹性泄漏安全的加密方案通过改进密码算法达到在密钥存在可能部分泄漏情况下的语义安全性.设计了一个抗密钥弹性泄漏的可委托层次模板加密方案.在该方案中,用户身份关联到含有通配符的身份模板,并可以实现再次密钥委托.该方案是抗泄漏的层次身份加密方案(hierarchical identity-based encryption,简称HIBE)和隐藏向量加密方案(hidden vector encryption,简称HVE)的一般扩展,可有效地抵抗密钥弹性泄漏,并达到自适应语义安全性.同时给出该方案的安全性证明和系统抗泄漏性能,分析显示,该方案具有较好的密钥泄漏容忍性.