基于身份加密的密钥管理方案研究

在基于身份加密(IBE)系统中,密钥托管和密钥更新问题一直没有得到很好的解决。该文介绍了几种典型的IBE密钥管理方案。并从工程应用的角度,分别从安全性、系统复杂度(代价)、适用环境等几个方面对各方案进行了分析比较。     

一种基于身份的认证加密新方案

将传统的对称加密方法与基于身份的公钥加密系统相结合,设计了一种基于身份的认证加密方案,该方案用椭圆曲线上的双线性映射构造,其安全性基于双线性的计算Diffie-Hellman假设和单向的Hash函数。与以往的文献中基于身份的公钥加密方法相比,该方案系统初始化简单、加密/解密效率高,具有较低的通信成本。     

基于身份加密的可认证密钥协商协议

密钥协商是安全通信的重要环节,通过密钥协商协议可在通信节点之间建立共享会话密钥,以便实现网络中的安全通信。在物联网环境下,文章提出的密钥协商协议是在基于身份的可认证密钥协商基础上的无双线性对的可认证密钥协商协议。该协议主要包括3个部分：初始化、参数提取和密钥协商。与利用双线性对的密钥协商协议相比,该协议不仅提供了相同层次的安全性与可扩展性,且在能量开销、时间开销和计算复杂度方面具有明显的优势。     

一种有效的图像口令身份认证方案

分析和比较一次性口令和图像口令的相关技术,指出在开放网络环境下进行身份认证时,图像口令存在的缺陷,并论证采用一次性口令弥补该缺陷的可行性和可靠性。基于一次性口令产生的会话密钥,设计一种有效的图像口令身份认证方案。该方案提高口令的安全性,能够防止窥探攻击和重放攻击。类似技术被应用于更加灵活的实际环境中,并增强了应用系统的安全性。     

一种基于身份的认证加密方案的改进

基于身份加密是一种以用户的身份标识符作为公钥的加密体制。通过分析现有的基于身份的认证加密方案;针对其中存在的用户不能防止自身假冒其他用户发送消息给自己;即不能认证信息主体的真实性的安全隐患;结合双线性映射的特性;提出了改进方案。新方案的安全性是基于双线性Diffie-Hellman问题的;并对改进方案的安全性和效率进行了分析。结果表明;改进方案保持了原方案优点的同时;消除了隐患;进一步提高了安全性。
     

基于仲裁者的身份加密方案研究

将基于仲裁的身份加密与无证书加密相结合,设计了一个基于仲裁的身份加密(V-MIBE)方案。新方案利用椭圆曲线上的双线性映射构造,通过无证书加密思想解决密钥托管的问题,通过引入仲裁机构解决密钥撤销的问题,新方案能够抵抗替换用户公钥的攻击。与现有的基于身份的加密方案相比,新方案的安全性能显著提高。     

一种有效的一次性口令身份认证方案

分析了几种常用的一次性口令认证方案,在质询响应方案基础上,基于单钥体制设计了一种实用有效的一次性口令身份认证方案。该方案克服了通常的质询响应认证方案的弱点,可以用在网络环境下,实现通信双方的相互认证,防止重放攻击和冒充攻击,实现简单,执行效率高。可与应用系统集成,用于应用系统本身的身份认证,以增强应用系统的安全性。     

智能卡口令认证方案

本文提出了一种智能卡口令认证方案,在这个方案中,用户能随意更改口令,远程系统不需要存储用户的口令表或验证表,并且能防止恶意的重放攻击,一旦建立起安全的网络环境,认证能被通信双方单独处理。     

两轮的口令认证的两方密钥交换协议

对于口令认证密钥交换协议的要求,利用基于身份加密算法、双线性对与哈希函数的相关内容,提出一种口令认证的两方密钥交换协议,并对该协议进行安全性和效率的两个方面的分析。分析表明,该协议具有较高的效率,并具有两方密钥交换协议的安全属性。     

基于身份的公开可验证的认证加密方案

利用椭圆曲线上的双线性映射的特性,提出了一个新的基于身份体制的安全有效的认证加密方案。该方案与其它方案相比最显著的优点在于在基于身份的密码体制上实现了认证部分与消息恢复的分离,该体制在拥有基于身份密码体制的独特优点的同时,又达到任何第3方都可以认证密文,但同时又只有指定的接收者才有能力去恢复出明文的效果。此外,该方案具有很高的安全性和效率。     

一种新的基于身份的认证密钥协商协议

设计一种能够提供PKG前向安全的基于身份的认证密钥协商协议,在标准模型中证明其具有已知密钥安全、完美前向安全、抗密钥泄露伪装攻击等安全特性。该协议的安全性建立在BDDH假设的基础上,与安全性建立在其他困难问题基础上的同类协议相比,其运算效率相当,安全性更高。     

基于组合公钥的IBE算法

为提高基于身份加密(IBE)算法的安全性,设计一种基于组合公钥(CPK)的IBE算法。按照CPK中用户密钥生成方法生成用户公钥,实现身份到椭圆曲线点群的映射,利用系统主密钥矩阵代替单个系统主密钥,扩展系统主密钥空间,从而降低单个系统主密钥泄露导致系统被攻破的风险。理论分析表明,该算法具有大规模密钥管理与公钥认证简单的优势,且不存在共谋攻击。     

密钥托管可控的跨域通信IBE模型

与传统的公钥密码体系相比,基于身份加密(IBE)具有许多优点,但目前提出的IBE模型都未能消除密钥托管。针对该问题,提出一种新的IBE模型,该模型可以控制密钥托管的范围或完全消除密钥托管,通过区域划分和域间互信,实现跨域互连,并给出在此基础上的对等密钥协商协议。分析结果表明,该模型未增加额外的结构,也未增加密钥协商的计算量或通信开销。     

基于身份加密的非交互式密钥吊销

首先分析了基于证书的吊销技术,介绍了几个密钥进化方案,密钥进化技术可以直接用于基于身份的密钥更新。最后阐述了基于身份的密钥更新的研究现状,并讨论了一个目前较好的基于身份的非交互式密钥更新方案。     

一种IBE机制下的端到端密钥管理方案

密钥管理是基于移动通信系统进行端到端加密的核心问题,现有方案大多依赖于密钥管理中心,并存在不在同一加密组内的终端要进行端到端加密通信时通信消耗大、效率低等问题。为解决这些问题,提出一种基于IBE（Identity Based Encryption）的三级密钥管理方案。该方案适于在资源有限的移动终端上使用,采用IBE机制生成和管理主密钥,简化了密钥协商过程,降低了对密钥管理中心的依赖,使用对称加密算法加密通信信息,确保通信的高效性。通信双方可进行双向认证,具有前向安全性,可抵抗选择密文攻击。     

移动云计算中基于身份的轻量级加密方案

针对移动云计算中数据安全和移动用户的隐私保护问题,结合在线离线和外包解密技术,对基于身份加密机制（IBE）中加密和解密算法进行扩展,提出了一种可外包解密的基于身份在线离线加密方案,并证明其安全性,构造出适合于移动云计算环境中轻量级设备保护隐私数据的方案。为了减少移动终端运行IBE的加密和解密开销,利用在线离线技术将IBE的加密分解为离线和在线两个阶段,使得移动设备仅需执行少量简单计算即可生成密文;在此基础上,利用外包解密技术,修改IBE的密钥生成算法和解密算法,增加一个密文转化算法,将解密的大部分复杂计算外包给云服务器,移动设备仅计算一个幂乘运算即可获得明文。与现有IBE方案的性能相比,该方案具有较少的加解密开销,适合于轻量级移动设备。     

一种基于身份的签密方案

利用双线性对提出一种基于身份的签密方案。在BDH问题是困难的假设下,运用随机预言机模型证明该方案的安全性。该方案满足机密性、不可伪造性、不可否认性、公开验证性和前向安全性,仅需4次对运算,其中2次为可预运算。与当前较为高效的几个方案相比,该方案的运算量更低。     

条件型非对称跨加密系统的代理重加密方案

为了减轻云应用中移动设备解密的负担,利用基于身份的广播加密（IBBE）、基于身份的加密（IBE）、基于身份的条件型广播代理重加密方案,提出了多条件型非对称跨加密系统的代理重加密方案。该方案允许发送方将信息加密成IBBE密文,一次性发送给多个接收方,其中任一接收方又可以授权给代理者一个多条件型的重加密密钥,代理者利用该多条件型重加密密钥,能将符合多个条件的原始密文重加密成一个新的接收方可以解密的IBE密文。该方案实现了从IBBE加密系统到IBE加密系统的非对称代理重加密,而且代理者可以根据条件将最初的原始密文进行重加密,避免了不需要进行重加密的原始密文被代理者重加密,提高了代理者重加密的效率,同时节约了接收方获悉正确明文的时间。     

适用于移动用户高效访问外包数据的非对称代理重加密方案

为使移动设备更加方便快捷地解密存储于云端的外包数据,根据基于身份的广播加密（IBBE）系统和基于身份的加密（IBE）系统,使用Green等提出的解密外包的技术（GREEN M,HOHENBERGER S,WATERS B.Outsourcing the decryption of ABE ciphertexts.Proceedings of the 20th USENIX Conference on Security.Berkeley：USENIX Association,2011：34）,提出一种改进的非对称跨加密系统的代理重加密（MACPRE）方案。该方案更适合计算能力有限的移动设备安全共享云端数据。移动用户在解密重加密后的数据时,运行一次指数运算和一次配对运算便可以将明文恢复,大大提高了移动用户解密的效率,降低了移动用户的能耗。该方案的安全性可以归约到底层的IBE方案和IBBE方案的安全性。理论分析和实验结果表明,该方案使得移动设备花费较少的时间便可以将存储在云端的数据解密,缓解了移动设备计算能力的不足,实用性较强。     

可外包解密和成员撤销的身份基加密方案

针对可撤销成员的身份基加密（RIBE）方案中密钥更新效率较低,且解密的工作量较大,难以应用于轻量级设备的问题,提出了一个可外包解密和成员撤销的身份基加密方案（RIBE-OD）。首先,生成一个完全二叉树,为这棵树的每个节点指定一个一次多项式。然后,将基于指数逆模式构造的身份基加密（IBE）方案和完全子树方法相结合,利用该一次多项式计算所有用户的私钥和未撤销用户的更新密钥,撤销用户因不能获得与之匹配的更新密钥而失去解密能力。其次,利用外包解密技术修改密钥生成算法,增加密文转换算法,从而将大部分解密运算量安全外包给云服务器,轻量级设备仅需少量运算即可解密密文。最后,基于判定双线性Diffie-Hellman逆转（DBDHI）假设,证明了所提方案的安全性。与BGK方案相比,该方案的密钥更新效率提高了85.7%,轻量级设备的解密过程减少到一个椭圆曲线指数运算,非常适合于轻量级设备解密密文。