基于改进型树型奇偶机的密钥交换研究

提出了一种基于改进型树型奇偶机的密钥交换方法。利用伪随机数产生器为通信双方产生共同的输入向量,降低网络同步所需的数据量;使用基于滑动窗口的学习规则来动态改变学习率,降低同步次数;并且进一步提出基于背包算法和深度优先搜索遍历算法的高效输入序列生成方法,增大正向学习概率加快同步速度。仿真实验结果表明,改进模型的通信数据量下降了60%以上,同步时间显著下降。

基于SM2数字签名的区块链匿名密钥交换协议

区块链技术因其去中心化、匿名性、不可篡改、不可伪造等优点,已经成为我国的一项前沿技术,在各领域得到广泛的应用。虽然用户可利用区块链发布匿名交易,有效隐藏交易双方的身份信息,但双方交易完成后传输交易相关数据可能破坏匿名性。这是因为在数据传输过程中,为了保证双方通信安全,往往使用认证密钥交换协议认证双方身份,计算会话密钥建立安全信道。由于传统的认证密钥交换协议涉及双方的长期公私钥对信息,所以将泄露交易双方的身份信息。虽然区块链匿名密钥交换可基于交易双方的历史链上交易完成密钥交换,有效保障交易双方的匿名性,但现有区块链匿名密钥交换协议主要基于国外密码算法设计,难以适用于国产区块链平台,不符合我国密码核心技术自主可控的要求。为丰富国产商用密码算法在区块链匿名密钥交换方面的研究,满足区块链交易后双方匿名安全通信的需求,本文以SM2数字签名算法和区块链为基础,构造非交互式和交互式两种区块链匿名密钥交换协议。并在CK安全模型中证明非交互式的协议满足会话密钥安全,交互式的协议满足有前向安全性的会话密钥安全。最后通过理论分析和编程实现结果表明,本文协议在没有比现有协议消耗更多的计算开销与通信代价的前提下,可适用于国产化区块链平台。

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.

智能车载网络中匿名认证与密钥交换协议

智能车载网络是实现智能交通系统的核心,近年来受到学术界越来越多的关注,但车载网络固有的开放性、脆弱性导致其面临许多安全问题。为解决智能车辆与附近RSU之间双向认证和会话密钥的交换以及智能车辆的身份匿名性问题,提出智能车载网络中匿名认证与密钥交换协议。协议中设计了基于身份的数字签名算法,使得智能车辆以身份完全匿名的方式向附近的路边基站单元发送认证信息。当路边基站单元通过认证之后,计算一个消息认证码作为响应信息发送给请求认证的智能车辆,以实现双向认证。此外,在匿名认证的同时还能进行会话密钥的协商,用于后续的安全保密通信。协议是基于身份密码系统设计的,不需要复杂的证书管理。性能评估表明,所提协议能够有效部署在智能车载应用场景。

基于格的身份基认证密钥交换协议

基于格理论密码体制已逐渐成为后量子领域的研究热点.身份基认证密钥交换协议在通信领域中应用广泛,具有很强的实用性.然而大多数格上构造的此类协议计算复杂度较大,并且没有实现完美前向安全性.本文基于环上带误差学习问题构造了一个格上基于身份的认证密钥交换协议.协议采用Peikert式误差协调机制实现密钥比特的均匀性,并且在系统初始化阶段不需要额外运算生成主公钥;此外,协议提供了双向认证、完美前向安全以及临时密钥泄露安全性.形式化的安全性分析和性能评估表明所提协议是安全且高效的.

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。

基于口令认证的密钥交换协议的安全性分析

在串空间理论模型引入了描述DH问题的方法以及分析猜测攻击的攻击者能力 ,对基于口令认证的密钥交换协议的安全性进行了形式化分析。提出一个对DH EKE协议的简化 ,并证明了该协议的安全性 :口令的秘密性 ,认证性 ,以及会话密钥的秘密性 .根据分析给出基于口令认证的密钥交换协议抵抗猜测攻击的基本条件 .将分析方法应用到基于口令的三方密钥交换协议上 ,给出单纯基于口令进行密钥交换协议的安全性需要满足的一个必要条件 .

一种基于USB Key的双因子身份认证与密钥交换协议

传统的USB Key只能存储数据而无法进行复杂的加/解密运算,导致基于USBKey的认证协议存在诸多不足。本文针对含智能卡芯片的USB Key可进行加/解密运算和生成随机密钥的特点,提出了一种基于USB Key的双因子身份认证与密钥交换协议DKA KEP。该协议综合运用伪随机数验证、一次性会话密钥、AES加密算法、安全哈希算法等技术,除了可提供安全快速的身份认证与密钥交换,还具有快速更改密钥、支持多种哈希算法和无需时间同步机制的特点。对DKAKEP协议的安全性分析和实际应用表明,该协议可抵御多种协议攻击,具有较强的实用性、安全性和可靠性。

基于格的三方口令认证密钥交换协议

为抵抗量子攻击,格理论被广泛应用于各种密码体制的设计。目前基于格的口令认证密钥交换协议(PAKE)都是针对两方设计的,不能满足大规模通信系统的应用需求。该文在Gorce-Katz两方PAKE框架基础上提出了一个基于格的三方PAKE协议,并在标准模型下证明了其安全性,同时通过实现用户和服务器的显式双向认证达到了可抗不可测在线字典攻击。新协议是第1个基于格的三方PAKE协议,与通用构造相比,通信轮数少,并且能避免大数分解和离散对数易受量子攻击的弱点。

HKKS密钥交换协议分析

量子计算技术的发展对基于大整数因子分解、离散对数等问题具有交换代数结构的密码体制(如RSA、ECC和EIGamal密码)构成威胁,因此研究具有非交换代数结构的密码体制是一项富有挑战性的课题.针对该课题,Kahrobaei等人于2013年将一般矩阵群环作为平台提出了HKKS密钥交换协议并且于2014年将有限域上的矩阵群作为平台介绍该HKKS密钥交换协议.该文针对基于有限域上矩阵群的HKKS密钥交换协议,提出了4种攻击方法:结构攻击、线性化方程组攻击、超定多变量方程组攻击和离散对数方法攻击,并且分别给出了对应的算法描述和有效性分析.通过分析可知:(1)结构攻击算法是确定性算法,能够在O(n2ω)计算复杂度内获得共享密钥,其中n是矩阵H的阶数,ω≈2.3755;(2)线性化方程组攻击和超定多变量方程组攻击都利用Halmiton-Caylay定理将HKKS协议中私钥矩阵对(Ha,(HM)a)和(H-a,(HM)a)进行线性表示,采用线性方程组求解和XL算法求出一个相应的等价私钥矩阵进而计算共享密钥,这两种攻击方法的计算复杂度分别是O(nω+1)和O(n2ω);(3)当矩阵H(或者是矩阵HM)的特征多项式可约时,离散对数方法利用伴侣矩阵的性质分析P-HKKS问题进而求出该协议的私钥a(或者b),分析该方法的计算复杂度是O(n4).与此同时,该文分别将结构攻击、线性化方程组攻击、超定多变量方程组攻击应用到一般矩阵群环上的HKKS协议,这3种攻击方法也分别能够在多项式计算复杂度内得到共享密钥.与ACNS 2014会议上提出的线性代数攻击方法相比,结构攻击方法是确定性算法并且线性化方程组攻击的计算复杂度最低.最后,该文在给出攻击算法的基础上对HKKS协议给出了一些修正建议.

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。

新一代IPSec密钥交换规范IKEv2的研究

对IPSec工作组于2005年12月推出的最新版的IKE(internet key exchange)协议标准——IKEv2协议(RFC4306)的协商过程、网络通信、密钥衍生和协议的安全性等关键内容进行了深入的研究,并对IKE协议所存在的缺陷及IKEv2在密钥交换的安全性和高效性上所做出的改进进行了深入的分析研究,为IKEv2的实现奠定了可靠的理论基础。

标准模型下通用可组合的口令认证密钥交换协议

通过构造不可延展的、可提取的且是弱模拟可靠的陷门承诺体制,以及相应的平滑投射Hash函数簇,设计了一个高效的通用可组合(universal composable,简称UC)安全的两方口令认证密钥交换(password authenticated key exchange,简称PAKE)协议,并在静态腐化模型下给出了严格的安全性证明.该协议使得PAKE协议在UC框架下达到了最优的两轮.与已有的协议相比,该协议避免了零知识证明协议的使用,在保持计算复杂度相当的前提下有效地提高了通信效率.

利用有限域上遍历矩阵实现基于隐藏基的密钥交换

针对传统密钥约定方案安全性较低问题,提出一种新的密钥交换(约定)方案——基于隐藏基的密钥交换.通过利用有限域上的遍历矩阵对当事双方各自所选择的基进行隐藏,实现了交换操作.通过交换操作,最终实现了基于隐藏基密钥交换协议.利用该协议,当事双方可进行较大规模的密钥交换.通过对交换操作的安全性分析可知,该协议可以抵抗蛮力攻击,具有较高的安全性和较强的实用性.

Internet密钥交换协议安全性分析

ＲＦＣ ２４０９（ＩＫＥ）提供了一组Ｉｎｔｅｒｎｅｔ密钥交换协议，目的是在ＩＰＳｅｃ通信双方之间建立安全联盟和经过认证的密钥材料。文章分析了ＩＫＥ协议安全特性，以及两个阶段中实现各种安全机制的工作原理。同时，发现了存在的安全缺陷，并给出了修改建议。

一种改进的跨域口令密钥交换协议

跨域的端到端的口令认证密钥交换(C2C-PAKE)协议,可实现不同区域的两个客户通过不同的口令协商出共享的会话密钥.首先对Byun2007的C2C-PAKE协议进行了描述,并针对其安全性进行了分析,发现该协议易遭受口令泄露伪造攻击的安全漏洞,提出了一种高效的改进的跨域口令认证密钥交换协议.该协议引入公钥密码体制能够有效抵抗口令泄露伪造攻击和不可检测在线字典攻击,且只需要6步通信.安全性分析表明该协议是安全有效的.

基于位置密钥交换的UC安全模型

基于位置密码学的目标是将参与方的物理位置信息作为唯一的凭证来实现某些密码学任务,如基于位置的加密.可证安全的基于位置密钥交换协议应满足对于任意位置的证明者,在基于位置密钥交换协议后,证明者和验证者之间能够协商一个共享密钥.并且,对于任意多个共谋敌手而言,该共享密钥与随机数是不可区分的.研究了基于位置密码学中密钥交换的可证明安全问题.在通用可组合安全框架下,提出了基于位置密钥交换的可证安全模型.根据基于位置密钥交换协议的需求,设计了基于位置密钥交换的理想函数.对于任意多个共谋敌手而言,该理想函数生成的共享密钥与随机数是不可区分的.同时,作为基于位置密码学的一种前提假设,设计了有界检索模型(bounded retrieval model,BRM)的理想函数.此外,以1-维空间的基于位置密钥交换为例,证明了该协议在BRM模型下能够实现基于位置密钥交换的理想函数.

通用可组合安全的Internet密钥交换协议

通过对新一代Internet密钥交换协议(IKEv2)进行分析,指出了其初始交换过程中存在发起者身份暴露和认证失败问题.而在无线接入网络环境下,对发起者身份等敏感信息进行主动保护是十分必要的.提出了一种适用于无线网络环境下的Internet密钥交换协议,该协议让响应者显式地证明自己的真实身份,实现了对发起者主动身份保护.并通过重新构造认证载荷,有效防止了认证失败问题.在通用可组合安全模型下,证明了该协议达到了通用可组合安全.性能分析和仿真实验表明,该协议具有较少的计算量和通信量.

基于椭圆曲线密码体制的可认证的密钥交换协议

椭圆曲线密码体制逐渐应用于各种安全协议中。分析了DH密钥交换协议不能抵抗中间人攻击得弱点,基于椭圆曲线离散对数难解性,利用椭圆曲线密码体制的数字签名方案,提出了基于身份认证的密钥交换协议。安全性分析表明,该协议提供身份认证、密钥认证性、密钥的可知安全性、前向保密性,并有效能够防止中间人攻击和重放攻击。把椭圆曲线密码应用于密钥交换协议的认证过程,能有效提高密钥交换协议的安全性和实用性。