群密鑰協(xié)商協(xié)議的分析與設(shè)計.pdf

1、密鑰協(xié)商協(xié)議是密碼學中一個重要的基本組成部分，它是指兩方或多方間在不安全的公共數(shù)據(jù)網(wǎng)上通過一定的方法產(chǎn)生一個共享的會話密鑰，以實現(xiàn)相互間的安全通信。因此，安全的密鑰協(xié)商協(xié)議是構(gòu)建安全、復雜的高層協(xié)議或系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 自從兩方認證密鑰協(xié)商協(xié)議MQV和HMQV被建議為相關(guān)標準的草案以來，而認證群密鑰協(xié)商協(xié)議（AGKA： Authentiacated Group Key Agreement）方面的標準仍在進一步討論中，因此，AGKA協(xié)議

2、已成為國內(nèi)外同行研究的熱點。 本論文首先介紹了群密鑰協(xié)商協(xié)議的應用背景，接著對主要的一些密鑰協(xié)商協(xié)議安全模型進行了分析和比較。根據(jù)認證密鑰協(xié)商協(xié)議認證方式的不同，一般可分為三類：1）基于傳統(tǒng)公鑰密碼體制（PKI/CA）的群密鑰協(xié)商協(xié)議；2）基于身份（ID—Based）的群密鑰協(xié)商協(xié)議；3）基于口令（Password）的群密鑰協(xié)商協(xié)議。最后，對上述三類協(xié)議從兩個方面進行研究，一是對已有的AGKA協(xié)議進行分析；另一個設(shè)計新的AGKA

3、協(xié)議。具體創(chuàng)新工作如下： 在基于傳統(tǒng)公鑰密碼體制（PKI/CA）的群密鑰協(xié)商協(xié)議方面，由于抵抗臨時秘密信息泄露攻擊是AGKA協(xié)議的一個重要的安全屬性，旨在AGKA協(xié)議的某次運行中，如果某用戶的臨時秘密信息（如消息對x，X=gx）中用于計算會話密鑰的Diffie—Hellman指數(shù)x）被泄露，則攻擊者不但可以計算出本次會話密鑰，而且只要在用戶的簽名私鑰有效期內(nèi)，攻擊者就可能利用該臨時秘密信息以及與之相應的簽名假冒該用戶與其他用戶運

4、行AGKA協(xié)議。為克服現(xiàn)有的認證群密鑰協(xié)商（AGKA）協(xié)議的不足，在Krawczyk新提出的雙指數(shù)挑戰(zhàn)—應答數(shù)字簽名（DCR簽名）和Burmester等提出的群密鑰協(xié)商（GKA）協(xié)議（BD方案）的基礎(chǔ)上，提出了具有常數(shù)輪的高效AGKA協(xié)議．新協(xié)議除具有現(xiàn)有AGKA協(xié)議的安全性外，還具有抗臨時秘密指數(shù)泄露攻擊能力，效率也有所提高．在分析現(xiàn)有的基于傳統(tǒng)公鑰密碼體制（PKI/CA）的AGKA協(xié)議的安全性、效率中，指出了Abdalla等在TCC

5、2007中提出的群密鑰協(xié)商協(xié)議編譯器不能抵抗假冒攻擊，進行了相應的改進。 在基于身份（ID）的群密鑰協(xié)商協(xié)議方面，現(xiàn)有的大部分基于公鑰的AGKA協(xié)議可分兩類：第一類，認證部分是基于PKI/CA，會話密鑰協(xié)商部分主要用模指數(shù)（或點乘）實現(xiàn)；第二類，認證部分是基于身份（ID）的公鑰體制，會話密鑰協(xié)商部分主要是用Weil對或Tate對實現(xiàn)。而第一類AGKA協(xié)議存在一個較顯著問題—公鑰管理問題；第二類AGKA協(xié)議雖然有效地解決了公鑰管理

6、問題，但由于其會話密鑰協(xié)商部分主要是用雙線性對（即Weil對或Tate對）實現(xiàn)，故相對前者其計算量較大，效率較低。針對這些不足，設(shè)計了一個靜態(tài)的AGKA協(xié)議，該協(xié)議的認證部分是基于身份（ID）的公鑰體制，會話密鑰協(xié)商部分的運算主要用模指數(shù)（或點乘）實現(xiàn)：并在相應假設(shè)下證明了該AGKA協(xié)議的安全性。指出了Choi等在PKC2004中的AGKA協(xié)議不能抗外部攻擊，并給出了相應的改進方案。指出了劉等在ChinaCrypt2007中提出的基于身

7、份的多安全群組群密鑰協(xié)商協(xié)議攻擊者能使得群中用戶在運行完該協(xié)議后所產(chǎn)生的會話密鑰不一致，而且不會被群中成員發(fā)現(xiàn)；進一步指出只要攻擊者能獲得相應協(xié)議復本，便能計算出會話密鑰；并在此基礎(chǔ)上，給出了相應的改進方案。 與基于PKI/CA、基于身份的密鑰協(xié)商協(xié)議需要參與者驗證相關(guān)證書和存儲高品質(zhì)的秘密鑰（主密鑰）相比，基于口令的三方密鑰協(xié)商協(xié)議僅需要參與者記住一個共享的口令，就能構(gòu)造出較高品質(zhì)的會話密鑰。該類協(xié)議的實現(xiàn)成本較低，更具有應用