基于SM2的标识认证密钥交换协议

会话密钥(SessionSecretKey,SSK)可在远程实现各方之间的安全通信,在实际的开放网络部署中具有重要地位。传统SSK主要是基于公钥基础设施的认证密钥交换(Authenticated Key Exchange, AKE)协议构建的,因涉及证书的颁发、更新、撤销等繁琐操作,面临昂贵的计算、通信和存储开销。虽然基于标识(Identity, ID)的AKE(ID-AKE)协议可解决这个问题,但目前的大部分ID-AKE协议均基于国外密码算法设计,尚未见基于国产商用密码算法的ID-AKE协议在国内外刊物上正式发表,不符合我国密码核心技术自主可控的要求。SM2认证密钥交换(Authenticated Key Exchange From SM2, SM2-AKE)协议因具有高安全和高效率的特性,在商用密码中得到广泛应用。但证书管理开销问题仍未被解决,这将极大限制了SM2-AKE协议的应用与推广。文章于标识密码(Identity-based Cryptography, IBC)体系下采用类Schnorr签名密钥生成方法,基于SM2设计了一种标识认证密钥交换(SM2-ID-AKE)协议,并在CDH安全假设和随机谕言模型下证明了该协议的安全性。最后的理论分析和仿真实验结果表明,与现有的ID-AKE协议相比,文章协议至少节省66.67%的通信带宽和34.05%的计算开销,有效降低和减轻了系统的代价和负担,更能够适应网络通讯部署等领域下不同用户的安全通信服务需求。

一种无证书的车联网认证密钥交换协议

车联网的发展提高了智能交通系统的舒适性和安全性,设备与基础设施之间的通信变得更加频繁.而开放的网络环境使车联网中的设备更易受到恶意攻击.针对车联网网络环境复杂、节点数量多、节点移动速度快的特点,提出了一种基于椭圆曲线加密的匿名无证书认证密钥交换协议.该协议采用部分密钥托管、无证书签密等技术,实现双向认证、假名更新和身份溯源的功能,有效实现车辆与路边单元的匿名认证密钥交换.最后对协议进行了安全性证明和性能分析,并与相关协议的安全属性、计算开销和通信开销进行分析对比,结果表明,与相关协议比较其综合性能更优.

基于CSIDH的认证密钥交换协议

针对Galbraith等提出的基于超奇异同源的认证密钥交换协议存在的安全问题,通过使用NAXOS技巧,并将通信双方静态密钥的Diffie-Hellman值添加到会话密钥的计算中,提出一个新的基于CSIDH的两轮认证密钥交换协议,并给出安全性证明。该协议是目前第一个基于CSICDH问题假设,且在eCK模型下可证明安全的认证密钥交换协议。经对比,该协议具有更强的安全属性,具体表现在可抵抗最大暴露攻击和自适应性攻击等方面。

面向远程医疗信息系统的认证密钥交换协议

远程医疗信息系统(telecare medical information systems, TMIS)极大程度地改善了患者的就医体验,已成为解决多样化医疗服务需求的可行方案.然而,当患者的隐私信息通过TMIS在公共网络上进行传输时容易遭受安全攻击.为保护患者的隐私,研究人员针对TMIS设计了大量的认证密钥交换协议,但已有协议大多存在无法抵抗离线字典攻击、用户冒充攻击、智能卡丢失攻击等安全隐患.针对上述问题,设计了一个基于椭圆曲线的认证密钥交换协议(TMIS-AKE),利用身份加密和随机化传输消息的方法实现用户的匿名性和不可追踪性.最后,通过安全性证明及性能分析,验证了TMIS-AKE协议在安全性和效率方面的优越性.

基于验证元的三方口令认证密钥交换协议

三方口令认证密钥交换协议使2个分别与可信服务器共享不同口令的用户建立起秘密的会话密钥.这类协议的优点是用户只需要记忆一个口令就可以与其他注册用户进行通信,因而三方口令认证密钥交换协议更适用于大规模的端到端通信.现有的大多数三方口令认证密钥交换协议均基于随机谕言模型来实现,只有少数协议不依赖服务器拥有公钥,而且在标准模型下是可证明安全的.另外多数协议中的口令以明文的形式存储在服务器上,服务器信息泄露将对用户和服务器的数据安全带来极大的危害.在标准模型下,使用平滑投影Hash函数设计了一个基于验证元的三方口令认证密钥交换协议,并证明了协议的安全性.此协议满足抵抗服务器泄露、不可检测的在线字典攻击和密钥私密性等安全属性.

基于验证元的三方口令认证密钥交换协议

基于验证元的口令认证密钥交换协议的最基本安全目标是抵抗字典攻击和服务器泄露攻击。利用双线性对的性质给出了一个基于验证元的三方口令认证密钥交换协议,有如下特点:能够抵抗字典攻击和服务器泄露攻击;保持密钥秘密性,提供前向安全性;确保无密钥控制;抵抗已知密钥攻击和中间人攻击;协议执行一次可以生成4个会话密钥等。

通用可组合认证密钥交换协议

物理不可克隆函数是指对一个物理实体输入一个激励,利用其不可避免的内在物理构造的随机差异输出一个不可预测的响应.针对传感器节点的计算、存储和通信能力有限等问题,基于物理不可克隆函数提出物理不可克隆函数系统的概念,并在此基础上提出一个新的用于无线传感器网络的认证密钥交换协议,最后在通用可组合框架内给出新协议抵抗静态敌手的安全性证明.相比于传统基于公钥加密的认证密钥交换协议,新协议不使用任何可计算的假设,而是基于物理不可克隆函数系统的安全属性实现,因此在很大程度上减少了计算和通信开销.该协议涉及较少的交互次数,认证协议计算仅仅需要散列函数、对称加密和物理不可克隆函数系统.

基于RLWE的后量子认证密钥交换协议

量子计算机的迅速发展使得基于经典数论困难问题建立的现代公钥密码体制安全性面临严峻的威胁,设立和部署可抵御量子计算机攻击的后量子公钥密码系统势在必行.基于环上误差学习问题并使用加密的构造方式,设计了一种后量子认证密钥交换(authenticated key exchange,AKE)协议.首先利用密文压缩技术,提出了一个IND-CPA安全的公钥加密方案.之后在此方案的基础上,使用Fujisaki-Okamoto变换技术,得到了一种IND-CCA安全的密钥封装机制.通过隐式认证方式,构造了一个后量子AKE协议.此协议在标准eCK模型下可证明安全并可以达到弱的完美前向安全.采用LWE测试器进行了安全性测试,该协议安全度为313 b.与其他基于格上困难问题设计的AKE协议相比,安全度较高且通信量较低,是一种更加简洁高效的后量子AKE协议.

基于RLWE问题的后量子口令认证密钥交换协议

基于口令的认证密钥交换协议在现代通信网络中有很强的实用性.量子技术的迅速发展使得传统公钥密码体制的安全性面临严峻的形势,基于格理论构造密码系统已成为当前后量子密码研究的热点.本文基于格理论环上误差学习(RLWE)问题,使用Peikert式误差协调机制构造了一个C/S模式下的口令认证密钥交换协议(PAKE),设置了合理的参数保证双方以显著概率得到相同的会话密钥,并使用Java在Eclipse平台上进行了此协议的模拟实现.协议在C/S模式的PAKE安全模型下可证明安全,可抵御量子攻击,与现有的基于格理论设计的PAKE协议相比,通信量较低并且在安全度上有较强的优势,是一种简洁高效的后量子口令认证密钥交换协议.

标准模型下可证安全的属性基认证密钥交换协议

在Waters的属性基加密方案的基础上,提出了一个在标准模型下可证安全的两方属性基认证密钥交换协议.在修改的BJM模型中,给出了所提协议在判定性双线性Diffie-Hellman假设下的安全性证明.此外,针对无会话密钥托管的应用需求,在基本协议的基础上,构造了能够有效防止会话密钥托管的属性基认证密钥交换协议.在计算效率方面,所提协议与现有的仅在随机预言模型下可证安全的属性基认证密钥交换协议相当.

对一个强安全的认证密钥交换协议的分析

在2012年第15届国际公钥密码学(PKC)年会上,Fujioka等人利用密钥封装机制(KEM)提出了认证密钥交换(AKE)协议的一个通用构造,称为GC协议,并在CK+模型下证明了该协议的安全性。该文对GC协议进行了安全性分析,指出该协议是不安全的,难于抵抗不知道任何秘密信息的外部攻击者实施的假冒攻击,进一步分析了原协议安全性证明中被疏忽之处。

多属性机构环境下的属性基认证密钥交换协议

已有基于属性的认证密钥交换协议都是在单属性机构环境下设计的,而实际应用中不同属性机构下的用户也有安全通信的需求。该文在Waters属性基加密方案的基础上提出了一个多属性机构环境下的属性基认证密钥交换协议,并在基于属性的eCK(extended Canetti-Krawczyk)模型中将该协议的安全性归约到GBDH(Gap Bilinear Diffie-Hellman)和CDH(Computational Diffie-Hellman)假设,又通过布尔函数传输用线性秘密共享机制设计的属性认证策略,在制订灵活多样的认证策略的同时,显著地降低了通信开销。

UC安全的移动卫星通信系统认证密钥交换协议

由于移动卫星和移动用户的计算、存储和通信能力有限,解决移动卫星通信系统的安全和保密问题面临许多困难。根据移动卫星通信系统的实际情况,分析了系统的安全需求,基于UC安全模型定义了移动卫星通信系统认证密钥交换协议的理想函数,该理想函数保证了强安全性和实用性,并用于实际协议的设计。在移动用户和移动卫星通信网络控制中心之间,设计了一个简单、低计算复杂性的认证密钥交换协议,该协议涉及了较少的交互次数,认证协议计算负载仅仅需要利用伪随机函数、散列函数和与或计算。同时,基于UC安全模型,对新的协议进行了可证明安全分析。新协议的安全属性包括可用性、有效性、身份隐藏的可认证性、前向保密的密钥交换以及协议的模块化可复合性。

一种可证安全的两方口令认证密钥交换协议

口令认证的两方密钥交换协议无法抵御口令字典攻击和服务器泄漏伪装攻击。为此,提出一种改进的PAKA-X协议,用户保存自己的口令明文,服务器存储用户口令明文的验证值,由此弥补原协议的安全漏洞。理论分析结果表明,改进协议具有完美前向安全性,能抵抗Denning-Sacco攻击、服务器泄漏攻击、在线和离线字典攻击以及中间人攻击,并且仅需9次指数运算、6次哈希运算和6次异或运算,运行效率较高。

通用可组合的三方口令认证密钥交换协议

现有的许多三方口令认证密钥交换(3PAKE)协议都被发现是不安全的。该文基于通用可组合(UC)模型,定义了3PAKE理想函数。在两方口令认证密钥交换理想函数辅助的混合模型下,构造了一个实现3PAKE理想函数的3PAKE协议。新的协议由中间密钥生成、消息认证传输和会话密钥生成3个阶段构成。该协议是UC安全的,并且结构简单。

基于ECDSA的三方口令认证密钥交换协议

提出一种基于椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)的三方口令认证密钥交换协议。将ECDSA分为公钥生成、签名过程和验证过程3个阶段,在此基础上,设计协议过程、双向认证机制,使任意2个用户通过服务器能进行身份认证和密钥交换。分析结果表明,该协议能降低计算难度和存储开销,抵抗字典攻击和服务器泄露攻击。

物联网移动RFID系统匿名访问控制认证密钥交换协议

针对物联网移动RFID系统标签隐私信息的访问控制以及用户身份隐私保护问题,本文采用身份加密和属性加密相结合的方法,建立了IB-AB-eCK安全模型,设计了基于身份及属性的认证密钥交换协议IB-AB-AKE。基于IB-AB-AKE协议,提出了移动RFID手机与信息服务器之间认证密钥交换协议,实现了在保护移动RFID手机用户身份隐私的同时,根据标签所有者定制的访问控制策略进行标签信息的访问控制认证和会话密钥交换,防止了隐私信息被非法访问。分析表明,IB-AB-AKE协议在IB-AB-eCK模型下是安全的,且在通信次数、通信量及计算量方面具有优势。

基于RLWE的生物特征认证密钥交换协议

在后量子密码学中,针对密钥交换协议存在口令容易丢失以及难以实现相互认证的安全缺陷,提出了一个新的基于环上误差学习的生物特征认证密钥交换协议。该协议根据环上误差学习问题构造的密码体制具有密钥及密文尺寸短、运行效率高等优势,并采用生物特征和口令作为长期密钥,同时通过Peikert式错误协调机制从各自的环元素中协调出随机均匀的会话密钥,实现了服务器对客户的显式认证。性能分析结果表明,该方案可抵抗用户假冒攻击,安全属性更高,提高了通信效率。

一种新型基于Binary-LWE的认证密钥交换协议

为了设计一种基于格困难问题的强安全认证密钥交换协议,分析了DXL12和DXL14方案中缺少认证功能导致容易遭受中间人攻击等缺陷,提出一种基于Binary-LWE的认证密钥交换协议。该协议具有两轮消息交互,不依赖于数字签名提供隐式密钥认证,并采用2012年Micciancio和Peikert在欧密会上提出的陷门函数来提供双方认证功能。在随机语言机模型下将安全性直接建立在Binary-LWE问题的困难性假设上,具有前向安全性、抗中间人攻击、抗冒充攻击等安全属性。由于该方案的安全性是基于格上困难问题,所以可以抵抗量子攻击。

基于RLWE的双因子三方认证密钥交换协议

为了使格上Diffie-Hellman式密钥交换协议能够实现认证性并且适用于客户-服务器-客户模式的大规模通信,提出了一个基于环上误差学习RLWE的双因子三方认证密钥交换协议。该协议将口令和生物特征作为客户的长期密钥,实现服务器对客户的显式身份认证。首先利用环上误差学习的困难问题的优势(密钥及密文尺寸短、运行效率高)来构造密码体制;其次服务器通过口令和生物特征的哈希值传递环元素,并结合丁式错误协调机制使得通信方获得随机均匀的会话密钥。最后分析表明,该协议适用于大规模通信,提高了通信量,具有更高的安全属性,可以抵抗口令泄露用户假冒攻击。