密碼學(xué)中理性與抗泄漏關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、自上世紀(jì)70年代Diffie與Hellman的“密碼學(xué)的新方向”開(kāi)創(chuàng)性的工作以來(lái)，現(xiàn)代密碼學(xué)無(wú)論在理論研究還是在實(shí)際應(yīng)用方面均已取得了極大的成功，產(chǎn)生了各種各樣密碼學(xué)原型的定義和構(gòu)建，例如數(shù)字簽名，公鑰加密，基于身份的加密等以及基于不同的密碼學(xué)原型的運(yùn)用。然而隨著時(shí)代發(fā)展和科技進(jìn)步，現(xiàn)代密碼學(xué)也面臨新的挑戰(zhàn):
　　 1.基于現(xiàn)代密碼學(xué)通用的計(jì)算模型:安全計(jì)算理論，尤其是兩方安全計(jì)算以及多方安全計(jì)算是否只要能夠防范最強(qiáng)的惡意攻擊者

2、就能滿足實(shí)際需要?
　　 2.現(xiàn)代密碼學(xué)的重要前提:密鑰完備保密。然而當(dāng)保密密鑰遭受到威脅，如各種各樣的邊信道攻擊時(shí)，原來(lái)可證安全的安全系統(tǒng)是否仍然安全?
　　 上述這兩個(gè)問(wèn)題在近年來(lái)引起了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中理論研究工作者，尤其是密碼學(xué)家的廣泛關(guān)注。本文分別針對(duì)上述兩個(gè)問(wèn)題中的基本問(wèn)題:理性與抗泄漏問(wèn)題進(jìn)行研究，主要取得如下研究成果:
　　 ·本文對(duì)Halpern與Pass提出的問(wèn)題，即能否運(yùn)用具有計(jì)算成本的計(jì)算博弈理

3、論模型，對(duì)計(jì)算具有成本的懲罰博弈與防范秘密攻擊的兩方安全計(jì)算建立聯(lián)系的問(wèn)題做出了肯定的回答。我們提出威‘曝度為1/2的防范秘密攻擊的安全計(jì)算是錯(cuò)誤可忽略的計(jì)算具有成本的懲罰博弈的調(diào)解人的通用實(shí)現(xiàn)，并給出了嚴(yán)格的理論證明。
　　 自從Yao提出兩方安全計(jì)算以及Goldweich等人提出多方計(jì)算等安全計(jì)算理論以來(lái)，圍繞解決不同情形尤其是防范不同攻擊者的安全計(jì)算等問(wèn)題，研究者提出了防范半誠(chéng)實(shí)攻擊者、惡意攻擊者以及秘密攻擊者等有效的解決

4、方案。然而，上述諸多方案在遇到現(xiàn)實(shí)情形中總想最大化其個(gè)人利益的攻擊者，即理性攻擊者時(shí)便不再保持其原來(lái)具有的安全性。在首屆國(guó)際計(jì)算理論創(chuàng)新會(huì)議(ICS'10)上Halpern與Pass提出具有計(jì)算成本的計(jì)算博弈理論建立起了具有計(jì)算成本的計(jì)算博弈與安全計(jì)算之間的聯(lián)系。直觀上講，具有懲罰的博弈模擬了參與者進(jìn)行欺騙但又不想被抓住，也即安全計(jì)算中防范秘密攻擊者的情形。如果參與者均誠(chéng)實(shí)的提供其輸入并輸出調(diào)解人的響應(yīng)，則其均能獲得效用為1/2;然而如

5、果其中一個(gè)參與者輸出了“punish"，則另外一個(gè)參與者獲得的效用將為0;因?yàn)閰⑴c者以1/2的概率被抓住從而被懲罰，因此其欺騙的期望效用為1/2×1+1/2×0=1/2，將不會(huì)比誠(chéng)實(shí)的提供其輸入并輸出調(diào)解人的響應(yīng)所獲得效用大，而這正對(duì)應(yīng)威懾度為1/2的安全計(jì)算。因此本文在該理論框架的基礎(chǔ)上，從計(jì)算具有成本的計(jì)算博弈的角度表明威懾度為1/2的防范秘密攻擊的安全計(jì)算是具有可忽略錯(cuò)誤的調(diào)節(jié)人的通用實(shí)現(xiàn)，并給出了嚴(yán)格的理論證明。
　　

6、·根據(jù)抗泄漏的基于身份的哈希證明系統(tǒng)密碼原型，本文提出基于確定性雙線性 Diffie-Hellman(DH)困難性假設(shè)的抗泄漏的基于身份的哈希證明系統(tǒng);基于該系統(tǒng)，提出了抗泄漏的基于身份的加密方案。同時(shí)，在基于帶錯(cuò)誤學(xué)習(xí)(LWE)的困難性假設(shè)的基礎(chǔ)上，提出標(biāo)準(zhǔn)模型下抗泄漏的基于身份的哈希證明系統(tǒng);并在該證明系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了抗泄漏的基于身份的加密方案。
　　 現(xiàn)代密碼學(xué)的研究前提是保證密鑰的安全性。然而隨著各種各樣的邊信道攻擊

7、的出現(xiàn)，許多已有的可證安全的密碼系統(tǒng)不再保持其安全性，因此研究抗泄漏的密碼原型以及抗泄漏的安全方案的構(gòu)建成為目前安全研究領(lǐng)域迫切的任務(wù)，目前已經(jīng)提出大量的抗泄漏的密碼原型及抗泄漏的安全方案。Naor與Segev在Crypto'09上首次提出基于哈希證明系統(tǒng)的抗泄漏的公鑰加密方案，Alwen等人又對(duì)其推廣到身份環(huán)境，提出了抗泄漏的基于身份的哈希證明系統(tǒng)的密碼原型?；谠摽剐孤┑拿艽a原型，本文在基于確定性雙線性DH困難性假設(shè)的基礎(chǔ)上，提出了