基于环上误差学习问题的新型后量子认证密钥交换协议

针对量子计算机技术的迅速发展使得传统公钥密码体制的安全性面临严重威胁的现实性问题,提出一种新型的基于环上误差学习(RLWE)问题的后量子认证密钥交换协议。协议通过使用Peikert式误差协调机制,双方通过计算可直接得到均匀分布的共享比特值,从而使得通信双方得到相同的会话密钥。使用理想格上的解码基对协议正确性进行了分析,并设置合理参数从而保证协议双方以显著概率得到相同密钥值。该协议在BR(BellareRogaway)模型下可证明安全并达到弱的完美前向安全性。协议安全性归约为格上RLWE困难问题,可抵御量子攻击。与现有基于RLWE问题设计的认证密钥交换协议相比,该协议中参数值模数的大小由亚指数级降低至多项式级,相应计算量和通信量显著减小,是一种更加简洁高效的后量子认证密钥交换协议。

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.

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支持身份隐私保护的双向认证密钥协商协议

为了解决执行认证密钥交换协议时通信双方身份隐私保护问题,提出了一种基于C类承诺机制的抗量子攻击的双向认证密钥协商协议。该协议通过C类承诺函数隐藏通信双方的真实身份信息,并基于RLWE困难问题,在保障身份匿名的前提下,通过2轮的消息交互不仅完成了双向身份认证,而且保证了传输消息的完整性,并协商出共享会话密钥。经过分析,在协议执行效率上,完成匿名的双向认证与密钥协商只需2轮的消息传输,与Ding等的协议对比,公钥长度缩短近50%;在安全性上,所提协议能够抵抗伪造、重放、密钥复制和中间人攻击。所提协议在eCK模型下满足可证明安全性,同时所提协议基于格上的RLWE困难问题,可抵抗量子计算攻击。

后量子前向安全的可组合认证密钥交换方案

随着后量子时代的逼近,网络通信安全要求会话密钥具有针对量子计算攻击的前向安全性,而后量子的公钥基础设施尚未建立,采用现有公钥密钥系统与后量子密钥交换相结合的混合密码系统势在必行.以DHKE-like(Diffie-Hellman key exchange-like)协议为基础,结合签密方案,提出一种通用可组合的认证密钥交换(authentication key exchange,AKE)方案——GC-AKE.GC-AKE的基本思路是采用签密方案对DHKE-like中的临时公钥进行签密,实现实体的相互认证和密钥协商.采用签密机制的主要目的是为了实现GC-AKE方案的完美前向安全性,这要求签密机制满足强不可伪造性.提出一种基于椭圆曲线密码的基于身份签密方案,结合基于环上误差学习问题的DHKE-like协议,提出一种GC-AKE方案实例.定义了能模拟完美前向安全性的wAKE-PFS模型.在wAKE-PFS模型下,GC-AKE方案的安全性被规约为求解DDH-like(decision Diffie-Hellman-like)问题,以及破解基于身份签密的选择密文安全性(indistinguishability against chosen ciphertext attacks,IND-CCA)和强不可伪造性(strong existentially unforgeable under adaptive chosen messages attacks,SEUF-CMA).分析表明:GC-AKE方案实例的计算和通信开销都相对较低,同时实现了会话密钥的完美前向安全性及后量子的前向安全性.

基于理想格的用户匿名口令认证密钥协商协议

基于标准格的密钥协商协议具有较长的密钥长度和较高的密文扩张率,且格的表示方式需要较大的空间,而理想格具有密钥长度短和运行效率高等优点。因此,结合环上误差学习问题,提出基于理想格的用户匿名口令认证密钥协商协议。使用低熵的口令,通过服务器实现相互认证和共享会话密钥,以避免在身份认证过程中用户长期密钥的存储安全受到威胁。分析结果表明,与传统的2PAKE和3PAKE协议相比,该协议具有较高的效率和较短的密钥长度,能够抵抗量子攻击,适用于大规模网络通信。