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。

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SM9和FALCON的密钥交换协议设计

SM9是我国首个全体系纳入ISO/IEC标准的标识密码算法,FALCON是NIST后量子竞赛优胜算法。本文基于SM9和FALCON设计了一个新的密钥交换协议。协议通过校验FALCON签名的有效性来鉴别信息发送方的身份,基于SM9公钥加密算法保障共享的256比特秘密数据串的机密性,通过密钥派生函数,利用双方生成的随机数据串和双方的标识信息生成一个定长的共享会话密钥。结合BAN逻辑证明和非形式化分析方法,对协议的安全性进行了证明。本文协议具有抵抗重放攻击、中间人攻击和拒绝服务攻击的能力。基于FALCON数字签名算法实现参与双方身份的真实性和不可否认性,具有抗量子攻击的特性。

基于防火墙技术的网络认证协议密钥交换算法

为了解决目前网络认证协议中数据包丢失率高、网络信息传输不安全等问题,本文提出了一种新的基于防火墙的网络认证加密算法。在此基础上,基于BAN的概念,构造了节点与基站间的密钥交换目标函数,通过公钥系统来决定初始登录模式,使用椭圆曲线法构造初始密钥,实验证明该算法可以防止网络认证协议中的数据包丢失,从而提高网络信息的安全。

基于热带矩阵密钥交换协议的密码分析

量子计算机的发展对目前广泛使用的公钥密码体制构成了潜在的威胁,具有抗量子分析性质的密码体制受到了广泛关注。由于热带半环中的乘法实际上是普通加法,具有运算效率高的优势,且求解多变量热带非线性多项式方程组是NP问题,近年来一些基于热带半环的公钥密码被提出。该文分析了Grigoriev和Shpilrain基于热带矩阵半环半直积的密钥交换协议安全性。定义了一种矩阵的比较大小关系,并证明了半直积运算具有部分的保序性,元素的乘法幂关于第一个分量矩阵构成了单调递减序列。据此,针对该协议,提出了一种简单的二分查找攻击算法。该算法通过公开信息可以求用户私钥,从而破解了该协议。该攻击算法的比特位运算的计算复杂度为O(2log2r(2k^(3)+5k^(2))),其中r为指数上界,k为矩阵的阶。实验结果表明,如果协议参数选取自Grigoriev和Shpilrain建议的范围,攻击算法在一分钟内就能求出私钥。而且即使增大协议的参数,该攻击仍然有效。

异网漫游场景下5G电力虚拟专网认证协议密钥交换算法

当前认证协议密钥交换算法主要依托于格理论,易受到传输信道互易性影响,导致算法安全性较低。本研究提出异网漫游场景下5G电力虚拟专网认证协议密钥交换算法。根据异网漫游场景下5G电力虚拟专网的总体互联架构及其形式化传输信道具有互易性影响,对认证协议共享私密信道进行估计,获取通信双方同一信道的估计值,并通过计算预编码向量对密钥进行更新处理,将认证协议的密钥转化为序列密码,进而实现密钥交换。仿真结果表明,所提算法能够有效提高加密信息的传输安全性。

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 .

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.

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。

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.

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.

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.

IPsec中密钥交换协议认证过程的研究及协议的改进

文章深入地分析了IKE协议在IPsec中的作用、交换机制、认证过程及其应用的局限性,结合移动用户及DHCP用户的特点和需求,对使用预共享密钥认证的主模式IKE协议作了进一步的改进,从而给出了一个将预共享密钥认证方式应用于移动用户及DHCP用户的可行方案。

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。

一种基于PUF的两方认证与会话密钥交换协议

提出了一个轻量级的两方认证及会话密钥交换协议,在一个拥有PUF实体的密码设备(Device)与服务器(Server)之间进行安全认证并建立共享会话密钥。协议采用了模糊提取器来进行认证和密钥提取,同时使用伪随机函数和异或加密来进行消息认证和通信数据加密,有效降低了执行开销。协议中Server只需要获取并存储Device中PUF的一条激励-响应信息,用于后续的密钥更新与交换,避免了因采集大量的激励-响应信息而带来的存储资源的消耗和数据泄露隐患。分析表明提出的协议实现了双向认证和可靠的密钥交换,能够抵抗窃听攻击、篡改攻击、中间人攻击、DOS攻击、建模攻击、物理探测攻击等各种攻击技术。

环Z_n上椭圆曲线的密钥交换协议

设n =pq,p,q为奇素数 ,环Zn 上的椭圆曲线En(a ,b)的SOM密钥交换协议与QV密钥交换协议均选取En(a ,b)上的阶为Mn=lcm{ #Ep(a ,b) ,#Eq(a ,b) }的点G作为公钥 (称G为基点 ) ,并且限定其对应的Ep(a ,b)和Eq(a ,b)均为循环群 ,这就限制了这两个协议只能选择一类特殊的椭圆曲线En(a ,b)构作密钥交换协议 .本文指出 ,Ep(a ,b)和Eq(a ,b)均为循环群这一限定是不必要的 .本文给出了En(a,b)上存在阶为Mn 的点G的一个充分必要条件 ,并给出一个例子 ,其中Ep(a ,b)为循环群 ,Eq(a ,b)为非循环群 ,且对应的En(a ,b)上有阶为Mn 的点G .同时 ,本文选取En(a ,b)上阶为lcm{n1,m1}的点作为基点 ,这里n1,m1分别为Ep(a ,b)和Eq(a ,b)的最大循环子群的阶 .这样 ,就能够选择更多的椭圆曲线En(a ,b) ,用来构作密钥交换协议 (包括将两方之间的密钥交换协议扩展到三方 ) .

对两个口令认证密钥交换协议的安全性分析

口令认证密钥交换协议使得仅共享低熵口令的用户可以通过不安全的信道安全地协商出高熵的会话密钥,由于实用性较强受到了密码学研究者的广泛关注。对最近在"标准模型下高效的基于口令认证密钥协商协议"一文中提出的协议以及在"基于验证元的三方口令认证密钥交换协议"一文中提出的协议进行了分析,指出这两个口令认证密钥交换协议都是不安全的,难于抵抗离线字典攻击,进一步分析了原协议设计或安全性证明中被疏忽之处。

基于RLWE的身份基认证密钥交换协议

提出了一个基于分圆环上错误学习(learning with errors,LWE)问题的身份基认证密钥交换协议,其基本思想是利用环上错误学习(ring learning with errors,RLWE)采样生成系统主私钥,进一步生成用户私钥,通过交换Diffie-Hellman临时公钥,计算用于派生会话密钥的密钥材料.该协议与传统密钥交换协议的区别在于,协议中引入了错误项,以理想格的解码基为工具,详细分析协议的容错性,给出了合理的参数设置建议,从而保证协议以显著概率计算出相同的会话密钥.协议在ID-BJM模型下具有可证明AKE安全性和PKG安全性,并且在双方临时私钥泄露、双方长期私钥泄露以及A的长期私钥和B的临时私钥泄露这3种情况下也可以保证协议的AKE安全.

Internet密钥交换协议的安全缺陷分析

IKE(Internet key exchange,RFC2409)提供了一组Internet密钥交换协议,目的是在IPSec(IP security)通信双方之间建立安全联盟和经过认证的密钥材料.随后有学者发现IKE协议存在一个安全缺陷,并给出相应的修改建议.指出了修改后的IKE协议仍然存在类似的安全缺陷,并描述了一个成功的攻击.在给出修改建议的同时,成功地利用BAN逻辑分析了导致这两个安全缺陷的原因.