基于双线性群的同态承诺方案

承诺方案是一种基本而用途广泛的密码学原语,其在数学签名方案、电子支付协议、零知识协议以及安全多方计算协议等方面有着重要应用,因而成为密码学领域重要的研究课题之一.从设计思想来看,大多数有效承诺方案的构造都可纳入q单向群同态这一框架.但q单向性是一种极强的要求,使得其在实例化时可供选择的群结构受到限制.如何突破限制寻求新途径就成为承诺方案构造方面的重要课题.首次基于合数阶双线性群分别构造了无条件隐藏的陷门承诺方案以及无条件绑定的承诺方案,同时证明了在子群判定假设下这两个承诺方案分别是计算上绑定和计算上隐藏的.由于双线性群支持双线性映射,这些承诺方案除具备通常的线性同态性质外还具备特有的乘性同态性质.

高效的基于属性的环签名方案

提出了两个新的高效的基于属性的环签名方案,签名者用其部分描述属性签署消息,所有拥有这些签名属性的用户组成一个环,环以外的成员不能伪造签名,并分别在随机预言模型和标准模型下证明其能抵抗签名伪造攻击.匿名性方面,对有相同签名属性集的用户是匿名的,对属性管理中心也是匿名的.由于基于属性的环签名不需要知道环成员的公钥,因此与以往提出的基于身份环签名相比较,提出的签名方案具有更加便捷、更加灵活的特点;与现有的基于属性的环签名相比,签名长度减少了1/3,验证所需的双线性对减少了1/3,因此新方案在签名长度、运算效率等方面都有明显优势.同时基于属性的环签名在匿名认证和基于属性的通信系统中有很重要的应用.

标准模型下可公开验证的匿名IBE方案的安全性分析

现有的可公开验证的匿名基于身份的加密(Identity-Based Encryption,IBE)机制声称解决了在静态困难性假设之上构造紧的选择密文安全的IBE机制的困难性问题.然而,本文发现,由于该机制的密文不具备防扩展性,使得任何敌手可基于已知的有效密文生成任意消息的合法加密密文,导致该机制无法满足其所声称的选择密文安全性.我们根据不同的密文相等判定条件分别提出两种方法对原始方案的安全性进行了分析,同时在分析基础上指出原始安全性证明过程中所存在的不足.

ElGamal加密方案的KDM安全性

一个公钥加密方案的KDM(Key-Dependent Message)安全性要求:即使敌手可以得到一些可能依赖于私钥的消息加密后的密文,它仍然是安全的.这一场景经常会出现在如:硬盘加密、形式化密码学或者一些特殊的协议中.迄今为止,已经有一些具体的方法可以达到这类安全性.但是,大多数情形中,都限制消息作为用户私钥的函数为仿射函数.本文定义了一类新的函数族,并且证明了在公钥密码学中起着非常重要作用的ElGamal加密方案关于这类函数族具有相应的KDM安全性.从技术角度来说,由于ElGamal加密方案的明文空间与私钥空间不太"匹配",因此,我们需要将原始的ElGamal加密方案进行适当的"裁剪"以证明它的KDM安全性.更为重要的是,本文定义的新的函数族自然地包含一些不属于仿射函数族的函数.另外,也证明了该方案关于Qin等人在2013年ACISP上提出的函数族也满足相应的KDM安全性.最后,我们指出,在这两种情形下,都可以将本文所得到的"裁剪的"ElGamal加密方案应用到匿名证书系统中.

标准模型下可公开验证的匿名IBE方案

利用弱困难性假设构造强安全的加密系统在基于身份的加密(Identity-Based Encryption,IBE)中具有重要的理论与实际意义.本文基于弱困难性的判定性双线性Diffie-Hellman假设,构造了一个对于选择明文攻击安全的匿名的身份加密方案,解决了利用弱困难性假设构造强安全的基于身份加密系统的问题,同时也解决了基于身份的加密系统的隐私保护问题.与现有的基于较强困难性假设的方案相比,新方案实现的条件更容易满足,可以公开验证而且效率更高.

标准模型下可证安全的基于身份的门限环签密方案

签密是一个能够同时提供认证性和保密性的密码学术语,而它却比分别签名和加密具有更低的计算成本。环签密除具有签密的一般属性外,还具有匿名性。为了设计基于身份的门限环签密方案,利用秘密共享和双线性对技术,提出了一种标准模型下基于身份的门限环签密方案,并对方案的安全性进行了分析。最后,通过计算Diffie-Hell-man问题和判定性Diffie-Hellman问题的困难性,证明了该方案在适应性选择消息和身份攻击下的不可伪造性以及在适应性选择密文攻击下的不可区分性。

一种基于身份的高效环签名方案

通过巧妙设置公共参数,提出一种新的基于身份的高效环签名方案,利用签名参数和身份的线性关系减少验证时双线性对的个数。在标准模型下证明其能抵抗签名伪造攻击,且具有无条件匿名性。与现有标准模型下基于身份的环签名方案相比,对于n个成员的环,签名验证仅需要2个双线性对运算,因此签名验证效率有很大提高。

基于素数群完全隐藏访问结构的CP-ABE方案

现有多数隐藏访问结构的基于属性加密(ABE)方案只是部分隐藏,会导致隐私泄露。为此,在素数阶群中提出一个完全隐藏访问结构的密文策略ABE(CP-ABE)方案。在该方案中,每个属性不仅有多个可能的取值,而且还有一个描述属性需求状态的标记,丰富了访问结构的描述。此外,由于用户在解密时必须使用其所有属性元素,因此任何用户均无法获得访问结构信息。在判定双线性Diffie-Hellman和判定线性假设下,利用游戏序列方式证明方案的安全性,并与现有隐藏结构的ABE方案进行比较,结果表明,在对机密性要求比较高的应用中,该方案更具优势。

一种可证明安全的基于身份的高效环签密方案

为了克服传统公钥基础设施中的证书管理以及提高环签密方案的安全性,提出一种有效的基于身份的环签密方案。通过使用双线性对技术,设计一个在标准模型下基于身份的环签密方案,并分析方案的正确性进行。通过两个困难问题假设CDH问题和DBDH问题,证明方案满足不可伪造性和不可区分性,同时通过与几个现有方案进行比较,指出该方案具有较高的效率。

多跳无线网络中基于身份的解决方案

结合组合公钥的思想提出了一个较实用的基于身份的加密方案(IBE方案)——L-IBE方案。在安全性方面,L-IBE具有标准模型下可证明安全性,即在标准模型下有效的实现了DDH问题到新IBE方案的IND-sID-CPA攻击者的归约,并通过对比可知,其在模型、难题假设和归约程度方面优势明显。通过仿真表明,和已有的知名方案相比,L-IBE方案在计算效率(加解密计算开销)、密文长度和密钥长度方面具有更好的性能指标。由于L-IBE方案无需在线可信第三方即可实现节点间安全认证,适用于无固定基础设施支撑的多跳无线电网络密钥管理。

一种改进的k-匿名消息传输协议

为了在网络通信中更有效地保护用户的隐私,基于Ahn的工作提出了一种改进的k-匿名消息传输协议。首先利用秘密共享技术为群内每个用户建立会话密钥,并使这些密钥之和为0。然后每个用户在一轮通信中只需广播一个用其会话密钥加密的消息,最后将所有广播数据乘到一起就可以获得真正的匿名消息。为保障系统公平性,利用秘密输入不可区分的知识证明技术构建了一种具有常数级轮复杂度的子协议。改进后传输子协议的计算和通信复杂度降低为原来的1/M(M为群内用户数),而公平性子协议的复杂度降低为原来的1/λ(λ为安全参数),并且可以证明改进协议的匿名性建立在判定性Diffie-Hellman假设基础之上。

支持用户撤销的多授权机构的属性加密方案

目前多数基于属性加密的云存储访问控制研究是基于单授权机构,系统内仅有一个授权机构为用户颁发属性密钥,可信而好奇的单授权机构会凭借用户提交的属性对用户的身份、职业等隐私信息进行判断和推测,特别是在单授权机构不可信或遭受恶意攻击的情况下,可能造成密钥泄露而导致云端数据被非法解密。为了避免上述两种安全问题,结合现有的多授权机构的思想,使不同权限的授权机构管理不同属性并进行属性相关密钥分发,大大降低了单一信任机构的工作量,解决了单授权机构下的密钥泄露或滥用问题,同时提高了用户的隐私数据保护;通过访问树技术实现了AND、OR及Threshold灵活访问策略,且将用户身份标识设置在访问树中来实现用户的撤销,撤销出现后只需更新部分密文而无需更新属性密钥,因而减少了计算开销。在标准模型下证明了该方案在选择身份属性攻击模型下是安全的,其安全性规约到判定性双线性Diffie-Hellman(decisional bilinear Diffie-Hellman,DBDH)问题。