基于身份的公鑰密碼學(xué)關(guān)鍵問(wèn)題研究.pdf

1、公鑰密碼安全系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)不僅包括尋找和實(shí)現(xiàn)安全算法，還包括建立支持用戶(hù)公鑰認(rèn)證的基礎(chǔ)設(shè)施。在傳統(tǒng)的公鑰基礎(chǔ)設(shè)施PKI中，證書(shū)用來(lái)保證公鑰和持有對(duì)應(yīng)私鑰的身份之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)公鑰的認(rèn)證。但是，PKI在實(shí)踐中面臨很多挑戰(zhàn)例如可擴(kuò)展性和證書(shū)的管理。為了解決PKI的這些問(wèn)題簡(jiǎn)化證書(shū)的管理，Shamir在1984年提出了基于身份的公鑰密碼(ID-PKC)概念。在ID-PKC中，公鑰直接從用戶(hù)的唯一可標(biāo)識(shí)的身份信息中獲得，比如用戶(hù)的名字或者ema

2、il地址等，公鑰的認(rèn)證不再需要證書(shū)。ID-PKC是解決公鑰認(rèn)證的另外一種有效方法，和傳統(tǒng)PKI相比，ID-PKC在密鑰管理上有很大的優(yōu)勢(shì)。Shamir在提出ID-PKC概念的同時(shí)構(gòu)造了第一個(gè)基于身份的簽名方案，但是在基于身份加密方面的研究工作一直都沒(méi)有多大的進(jìn)展，直到2001年，Boneh與Franklin首次利用weil對(duì)提出了一個(gè)實(shí)用安全的基于身份加密方案，使基于身份的公鑰密碼重新成為一個(gè)研究熱點(diǎn)，許多基于身份的密碼系統(tǒng)相繼提出。然

3、而，在ID—PKC中還存在一些有待解決的公開(kāi)問(wèn)題，如密鑰托管、密鑰撤銷(xiāo)、安全模型建立等問(wèn)題。研究和解決這些問(wèn)題對(duì)ID-PKC無(wú)論在理論上還是實(shí)現(xiàn)上都有很重要的意義。本文針對(duì)ID—PKC中存在的問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究，并提出了一些有效的解決方案，得到了一些研究成果。 本論文的主要研究工作如下： 一、研究現(xiàn)有的解決基于身份密鑰托管問(wèn)題的方案，指出無(wú)證書(shū)公鑰密碼CL-PKC在繼承ID-PKC優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上能夠克服其固有的密鑰托管局

4、限。本文充分利用Weil對(duì)的優(yōu)良屬性提出一個(gè)新的無(wú)證書(shū)加密方案，而且在Random Oracle模型下證明了所提方案是抗選擇密文攻擊安全的。不同現(xiàn)有的串行模式，新的方案采用一種并行模式，方案中不需要耗時(shí)的MapToPoint函數(shù)，而且在新的方案中加密過(guò)程不需要進(jìn)行計(jì)算量比較大的雙線(xiàn)性對(duì)計(jì)算，和現(xiàn)有的無(wú)證書(shū)加密方案相比，新的方案在效率上有很大的提高，因而所提方案具有實(shí)踐意義上的創(chuàng)新性。 二、進(jìn)一步研究無(wú)證書(shū)可認(rèn)證密鑰協(xié)商。無(wú)證書(shū)公

5、鑰密碼克服了基于身份的公鑰密碼體制中存在的密鑰托管限制，最近許多無(wú)證書(shū)公鑰加密和簽名算法相繼提出，但是無(wú)證書(shū)密碼系統(tǒng)中的密鑰協(xié)商協(xié)議卻很少有人研究，Al-Riyami和Paterson在提出無(wú)證書(shū)公鑰密碼概念的同時(shí)給出了一個(gè)無(wú)證書(shū)可認(rèn)證密鑰協(xié)商方案，但是至今也沒(méi)有提出相應(yīng)的安全模型。為了構(gòu)成一個(gè)完整的無(wú)證書(shū)公鑰密碼系統(tǒng)，本文提出了一個(gè)新的無(wú)證書(shū)雙方可認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議，而且根據(jù)無(wú)證書(shū)密碼系統(tǒng)中攻擊者的特殊能力，我們將Bellare和Rog

6、away提出的可認(rèn)證密鑰協(xié)商形式化安全模型推廣到無(wú)證書(shū)公鑰密碼的環(huán)境中，建立了無(wú)證書(shū)可認(rèn)證密鑰協(xié)商安全模型，并對(duì)所提協(xié)議進(jìn)行了形式化的安全證明，所做工作具有理論創(chuàng)新性。 三、在分析現(xiàn)有的基于身份的密鑰撤銷(xiāo)方法的基礎(chǔ)上，把基于仲裁的公鑰密碼和無(wú)證書(shū)公鑰密碼結(jié)合起來(lái)提出了基于仲裁的無(wú)證書(shū)公鑰密碼。基于仲裁的無(wú)證書(shū)公鑰密碼不僅能夠提供細(xì)粒度的快速撤銷(xiāo)同時(shí)能夠克服基于身份密碼系統(tǒng)中存在的密鑰托管的局限。而且對(duì)于這種新的密碼系統(tǒng)，我們建立

7、了形式化的安全模型，對(duì)所提的基于仲裁的無(wú)證書(shū)加密方案進(jìn)行了形式化的安全證明，具有理論和實(shí)踐價(jià)值。 四、提出了一個(gè)新的基于身份的公鑰基礎(chǔ)設(shè)施并在此之上提出了一個(gè)簡(jiǎn)單而有效的基于身份的可認(rèn)證多方密鑰協(xié)商協(xié)議。所提協(xié)議不需要簽名而且只需要單輪通信就可以實(shí)現(xiàn)，而B(niǎo)arua等人的可認(rèn)證多方密鑰協(xié)商需要[log<,3>n]輪消息廣播，所提協(xié)議不需要證書(shū)和簽名就可以實(shí)現(xiàn)認(rèn)證，因而比現(xiàn)有的協(xié)議更加有效。同時(shí)所提多方密鑰協(xié)商協(xié)議可以跨域?qū)崿F(xiàn)，也就