關(guān)于認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議若干問題的研究.pdf

1、密鑰協(xié)商協(xié)議是在開放網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)安全通信的重要手段。借助密鑰協(xié)商協(xié)議，兩個(gè)或多個(gè)參與者通過利用其長(zhǎng)期私鑰和在開放網(wǎng)絡(luò)中交換的臨時(shí)消息能夠生成一個(gè)共享會(huì)話密鑰。此共享的秘密會(huì)話密鑰被用于后續(xù)的安全通信。認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議不僅允許參與者建立起共享會(huì)話密鑰，而且確保協(xié)議涉及參與者的認(rèn)證性。認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議可以在多種密碼體制下實(shí)現(xiàn)。目前，基于PKI的認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議獲得了深入研究和廣泛應(yīng)用。但這類傳統(tǒng)公鑰密碼體制下協(xié)議的實(shí)施需要維護(hù)、傳遞和驗(yàn)證用戶

2、公鑰證書，系統(tǒng)開銷巨大?；谏矸莺蜔o證書的密碼體制消除了公鑰證書，避免了一個(gè)龐大PKI的需要，極大地簡(jiǎn)化了公鑰的管理。由此，對(duì)基于身份和無證書密碼體制下認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議的研究具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)，基于計(jì)算復(fù)雜性理論的可證明安全技術(shù)也已成為分析這兩類新型認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議安全性的一種必要手段。
　　本文重點(diǎn)對(duì)基于身份和無證書的認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議進(jìn)行研究，其工作圍繞著可證明安全協(xié)議的設(shè)計(jì)、分析及其安全模型的研究展開。主

3、要研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　　1.對(duì)認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議的基本設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行了總結(jié)，并且歸納了認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議的基本設(shè)計(jì)需求。
　　2.運(yùn)用雙線性配對(duì)構(gòu)造了兩個(gè)新的基于身份的兩方認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議，并在基于身份的eCK模型框架下進(jìn)行了嚴(yán)格的形式化證明。利用Cash、Kiltz和Shoup在Eurocrypt2008上提出的陷門測(cè)試技術(shù)證實(shí)了第一個(gè)協(xié)議的安全性基于標(biāo)準(zhǔn)的CBDH假設(shè)，明顯弱于先前某些同類協(xié)議安全性所基于的Gap假設(shè)。第二

4、個(gè)協(xié)議的安全性雖然基于GBDH假設(shè)卻具有更低的計(jì)算開銷。eCK模型是目前針對(duì)兩方認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議的賦予敵手最強(qiáng)攻擊能力的安全模型。當(dāng)前僅有少量基于身份的認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議是在強(qiáng)的eCK模型下可證明安全的。與以往大多數(shù)同類方案相比，新協(xié)議能夠提供更強(qiáng)的安全保證；與已有eCK模型下安全的同類方案相比，在考慮離線預(yù)先計(jì)算的情形下，新協(xié)議更為高效，安全證明也更加簡(jiǎn)練和直觀。
　　3.對(duì)原始 eCK模型進(jìn)行適當(dāng)改造，使之適合于可托管基于身份的

5、情形；然后在此eCK模型框架下，運(yùn)用雙線性配對(duì)設(shè)計(jì)了四個(gè)可證明安全的可托管基于身份的兩方認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議。利用陷門測(cè)試技術(shù)證實(shí)了其中一些協(xié)議的安全性基于標(biāo)準(zhǔn)的CBDH假設(shè)，明顯弱于先前某些同類協(xié)議安全性所基于的Gap假設(shè)。與已有可托管協(xié)議相比，新協(xié)議具備更強(qiáng)的安全性。據(jù)我們所知，這些新方案是首批強(qiáng)的eCK模型下可證明安全的可托管基于身份的認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議。
　　4.利用CK模型設(shè)計(jì)了一個(gè)新的適用于SIP的無雙線性配對(duì)基于身份的認(rèn)證

6、密鑰協(xié)商機(jī)制。新提案能夠防止當(dāng)前SIP認(rèn)證機(jī)制及以往提案可能遭受的各種攻擊。通過引入無證書密碼體制中的一些設(shè)計(jì)思想，新提案不但成功避免了龐大PKI的需要，而且也解除了先前基于身份提案所存在的密鑰托管缺陷。與以往使用計(jì)算代價(jià)較高的配對(duì)的基于身份和無證書提案相比，無配對(duì)的新提案由標(biāo)準(zhǔn)橢圓曲線加群構(gòu)造，計(jì)算效率更高。
　　5.在基于身份的eCK模型框架下構(gòu)造了兩個(gè)可證明安全的無雙線性配對(duì)基于身份的兩方認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議。利用陷門測(cè)試技術(shù)證

7、實(shí)了第一個(gè)協(xié)議的安全性基于標(biāo)準(zhǔn)的CDH假設(shè)，明顯弱于先前某些同類協(xié)議安全性所基于的Gap假設(shè)。第二個(gè)協(xié)議的安全性雖然基于GDH假設(shè)卻具有更低的計(jì)算開銷。新方案只需要兩消息的通信，并可基于標(biāo)準(zhǔn)橢圓曲線加群來實(shí)施。目前，大多數(shù)基于身份的認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議需要計(jì)算復(fù)雜度較高的雙線性配對(duì)操作；同時(shí)，僅有少量基于身份的認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議是在強(qiáng)的eCK模型下可證明安全的，而這其中eCK模型下安全的無配對(duì)方案更為罕見。與以往同類協(xié)議相比，新方案在安全性、

8、效率或在這兩方面都更具優(yōu)勢(shì)。
　　6.通過對(duì)原始 eCK模型進(jìn)行擴(kuò)展提出了一個(gè)用于無證書兩方認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議研究的強(qiáng)安全模型，并在該模型框架下運(yùn)用雙線性配對(duì)構(gòu)造了一個(gè)可證明安全的無證書兩方認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議。利用陷門測(cè)試技術(shù)證實(shí)了新協(xié)議的安全性基于標(biāo)準(zhǔn)的CDH假設(shè)和CBDH假設(shè)，明顯弱于先前某些同類協(xié)議安全性所基于的Gap假設(shè)。在無證書兩方認(rèn)證密鑰協(xié)商的安全模型中，Lippold、Boyd和Nieto在Pairing2009上提出的