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.

SSL握手协议中客户端平衡密钥交换算法

SSL协议的基本设计目标是为两个通信实体之间提供数据的保密性和完整性。由于在SSL握手协议中最耗费计算资源和造成客户端与服务器端计算不平衡的步骤是服务器端解密运算,提出了客户端平衡的密钥交换算法,用来加速SSL会话的初始化和承担服务器端的解密的预运算。对算法中的同时对多个客户的请求进行解密的粒度的估计策略进行了阐述。模拟实验表明所提出的方案是有效的。

密钥交换协议的安全性分析

通过对两种攻击的分析,指出缺少认证性的密钥交换协议是不安全的.从认证性入手,在以下两个方面探讨了密钥交换协议的安全性:一方面讨论该协议应采用的消息元素和密码体制,为规范此类协议的设计指出了一个可行方向;另一方面通过两个密码学游戏给出了安全密钥交换协议的定义,该定义量化了协议的认证性,与以往的定义相比,可更准确和直观地分析这种协议的安全性.

通用可组合的三方口令认证密钥交换协议

现有的许多三方口令认证密钥交换(3PAKE)协议都被发现是不安全的。该文基于通用可组合(UC)模型,定义了3PAKE理想函数。在两方口令认证密钥交换理想函数辅助的混合模型下,构造了一个实现3PAKE理想函数的3PAKE协议。新的协议由中间密钥生成、消息认证传输和会话密钥生成3个阶段构成。该协议是UC安全的,并且结构简单。

UC安全的移动卫星通信系统认证密钥交换协议

由于移动卫星和移动用户的计算、存储和通信能力有限,解决移动卫星通信系统的安全和保密问题面临许多困难。根据移动卫星通信系统的实际情况,分析了系统的安全需求,基于UC安全模型定义了移动卫星通信系统认证密钥交换协议的理想函数,该理想函数保证了强安全性和实用性,并用于实际协议的设计。在移动用户和移动卫星通信网络控制中心之间,设计了一个简单、低计算复杂性的认证密钥交换协议,该协议涉及了较少的交互次数,认证协议计算负载仅仅需要利用伪随机函数、散列函数和与或计算。同时,基于UC安全模型,对新的协议进行了可证明安全分析。新协议的安全属性包括可用性、有效性、身份隐藏的可认证性、前向保密的密钥交换以及协议的模块化可复合性。

标准模型下隐私保护的多因素密钥交换协议？

多因素认证密钥交换协议融合多种不同的认证因素来实现强安全的身份认证和访问控制,在具有高级别安全应用需求的移动泛在服务中具有巨大的应用潜力.现阶段多因素协议的研究成果还不丰富,并且已有协议都是在随机预言模型下可证明安全的.以两方口令认证密钥交换协议、鲁棒的模糊提取器以及签名方案为基本组件提出了一个标准模型下可证明安全的多因素协议.协议中服务器不知道用户的生物模板,因此实现了对生物信息的隐私保护.与已有的随机预言模型下的多因素协议相比,该协议在满足更高安全性的同时具有更高的计算效率和通信效率,因此更满足高级别安全的移动泛在服务的应用需求.