基于平滑投影哈希函数UC安全的DSA证书机制

数字证书颁发机制是认证中心给合法用户颁发证书的过程.基于计算模型的通用可组合的安全证明框架研究的是复杂网络环境下一个挑战协议与其他协议的任意组合时的安全问题.平滑投影哈希函数是可证明安全协议构造中一个常用的密码学原语.基于这种原语,给出了一个通用可组合安全的DSA数字证书颁发机制.

基于证人不可区分的通用可复合安全并行可否认认证

针对并行可否认认证问题,在UC(universally composable)安全框架中,基于WI(witnessindistinguishable)提出了一种新的研究思路和解决方法.根据可否认认证的安全目标,形式化地建立了UC安全的并行可否认认证模型.利用可验证平滑投影哈希函数和非承诺加密体制,构造了一类新的并行可否认认证协议结构,基于确定性复合剩余假设和确定性Diffie-Hellman假设,实现了一个具体的协议方案.在公共参考串模型中,利用UC框架解决并行协议仿真问题与定时假设和公共目录方案相比,不需要限定攻击者能力.新方案具备前向可否认性,是自适应攻击者UC安全的.不同于CCA2加密体制结构或多陷门承诺结构的并行可否认认证,协议效率得到了改善.

可证明安全的抗量子两服务器口令认证密钥交换协议

针对基于格的单服务器口令认证密钥交换(PAKE)协议不能抵抗服务器泄露攻击,而目前基于格的多服务器PAKE协议的执行效率较低且不适用于两服务器场景的问题,利用带误差学习(LWE),提出了格上第一个非适应性两方平滑投影哈希函数(SPHF),具备不可区分适应性选择密文攻击(IND-CCA2)的安全性,并约束了所基于的公钥加密(PKE)方案中相关参数的大小。基于此,分别针对被动和主动敌手的攻击,提出了相应的格上可证明安全的两服务器PAKE协议。所提出的2个协议可抵御量子攻击且实现了唯口令设置,也不需要使用签名/验签、全同态加密、秘密共享等昂贵密码原语来保证安全性,被动敌手攻击下的协议还避免了零知识证明的使用。此外,在标准模型下,对所提出的2个协议进行了严格的安全性证明。实验结果表明,所提出的两方SPHF和两服务器PAKE协议的执行效率较高。

可证明安全的抗量子高效口令认证密钥交换协议

基于格的口令认证密钥交换(Password-Authenticated Key Exchange,PAKE)协议在后量子时代具有广泛的应用前景.降低通信轮次可以有效提高执行效率,也是格上PAKE协议的重要优化方向.现有基于格的低轮次PAKE协议的构建方法主要有两种:一种是基于非交互式零知识(Non-Interactive Zero-Knowledge,NIZK)证明,但在标准模型下如何在格上实现NIZK证明仍然是公开问题;另一种虽然宣称基于不可区分适应性选择密文攻击(Indistinguishability under Adaptive Chosen-Ciphertext Attack,IND-CCA2)的安全模型,但实际上只采用了不可区分性选择密文攻击(Indistinguishability under Chosen-Ciphertext Attack,IND-CCA1)安全的公钥加密(Public Key Encryption,PKE)方案,该类PAKE协议在现实应用时需要利用签名/验签等技术才能保证安全性.这两种方法都会增加计算和通信开销.为此,本文利用带误差学习(Learning with Errors,LWE)问题的加法同态属性,提出了一种格上IND-CCA2安全的非适应性平滑投影哈希函数(Smooth Projective Hash Function,SPHF),该函数支持一轮PAKE协议的构造;并确定了所基于的PKE方案中相关参数的大小,从而消除了LWE问题的不完全加法同态属性对SPHF正确性的影响.尽所知,这是格上第一个直接基于IND-CCA2安全模型的非适应性SPHF,且该SPHF具有相对独立的研究价值,可应用于证据加密、零知识证明和不经意传输等领域.基于此,本文构建了一种格上可证明安全的高效PAKE协议.该协议可以抵御量子攻击;只需要一轮通信,因而具有最优的通信轮次;是基于标准模型,所以避免了使用随机预言机的潜在安全威胁,特别是使用随机预言机可能导致格上PAKE协议遭受离线口令猜测攻击和量子攻击;在实际应用时,该协议也不需要利用NIZK证明和签名/验签等技术来保证安全性,这有效提高了执行效率.本文还利用人人网474万口令数据验证了基于CDF-Zipf定律的PAKE协议安全模型可以更加准确地评估PAKE协议所提供的安全强度;最后基于该安全性模型,本文在标准模型下对所提出的PAKE协议进行了严格的安全性证明.实验结果表明,与其它相关协议相比,本文协议具有最优的整体执行效率和最低的通信开销.