密鑰安全相關(guān)密碼體系的研究.pdf

1、隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)已經(jīng)滲透到人們生活的各個領(lǐng)域，這一方面給人類活動帶來了巨大的便利和好處，另一方面又帶來了前所未有的威脅。由于一些重要數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的傳送，所以其保密性、完整性和可用性必須得到保證，密碼和信息安全技術(shù)則是解決這一問題的有效方法。 在密碼和信息安全領(lǐng)域中，密鑰的安全性是一個非常重要的核心問題。一旦密鑰泄漏了，無論密碼算法多么強(qiáng)壯，對應(yīng)于這個密鑰的所有密碼操作都是不安全的。因此，密鑰泄漏嚴(yán)重威脅

2、著密碼體系的安全，如何利用密碼學(xué)的方法來減小密鑰泄漏的可能性，以及在密鑰泄漏時，如何降低其對系統(tǒng)造成的危害，是十分有意義的研究工作。秘密共享和門限密碼、前向安全密碼、密鑰隔離密碼、抗入侵密碼、安全的密鑰提取協(xié)議都是關(guān)于密鑰安全方面十分重要的工作。 秘密共享和門限密碼的主要思想是將一個密鑰分割成若干份額分散存儲于多個服務(wù)器成員，當(dāng)需要重構(gòu)密鑰或使用它進(jìn)行某種密碼運算時，必須多于特定數(shù)量的成員才能共同完成，少于特定數(shù)量的任何成員組都

3、不能計算得到此密鑰。這種方法直接降低了密鑰泄漏的可能性，它也是密碼學(xué)中的一個重要分支。這個領(lǐng)域中一個重要的研究內(nèi)容是秘密再分發(fā)協(xié)議，它解決的是如何將已經(jīng)分發(fā)到一組成員集合中的秘密，正確的重新分發(fā)到另一組成員集合中的問題，同時滿足：在再分發(fā)過程中不能有可信中心存在，也不能重構(gòu)秘密。目前存在的秘密再分發(fā)協(xié)議都存在一個問題，即在協(xié)議執(zhí)行時，不能鑒別哪些成員是不誠實的。我們在第三章中探討一些相關(guān)問題，并提出新的協(xié)議來解決這些問題，同時也將探討門

4、限密碼的安全性證明方法，并提出某些門限方案。 前向安全的方法主要目的是為了降低密鑰泄漏產(chǎn)生的危害。要讓密鑰絕對不泄漏是不可能的，所以，當(dāng)密鑰泄漏時，我們需要盡量減小其帶來的危害。前向安全的主要思想是：每經(jīng)過一定的時間都通過單向函數(shù)更新密鑰，并刪除舊密鑰，這樣，如果當(dāng)前的密鑰泄漏了，敵手也不能知道以前時間段的密鑰，以前時間段的密碼操作仍然有效。其中，前向安全簽名的一個重要的核心問題是效率問題，如何減小各個算法執(zhí)行時對總共時間段數(shù)T

5、的依賴性是Itkis提出的一個公開問題，第四章中，我們針對這個公開問題提出了高效的可證安全的前向安全簽名。 前向安全可結(jié)合門限方法和動態(tài)方法，形成安全層次更高的前向安全門限方案和前向安全動態(tài)門限方案。我們于第五章中對此領(lǐng)域中的熱點問題進(jìn)行探討，并提出若干具有獨特優(yōu)勢的新方案。 強(qiáng)前向安全性中主要包括密鑰隔離安全性和抗入侵安全性，它們都需要一個外圍設(shè)備(或基地)，能夠保證密鑰泄漏后密碼體系的安全性。但抗入侵安全簽名的特殊結(jié)

6、構(gòu)決定了其并不容易構(gòu)造，本論文之前僅存在一個具體的方案。在第六章中，我們首先給出一些密鑰隔離簽名的新擴(kuò)展；然后構(gòu)建了目前存在的第二個具體的抗入侵簽名方案；最后，我們還首次給出了抗入侵簽名的安全性證明。 密鑰提取協(xié)議可以利用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器解決漫游用戶的密鑰存儲問題，當(dāng)漫游用戶需要使用相關(guān)密鑰時，僅需要通過自己的身份以及一段很容易記的口令，從網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器(組)上下載。在第七章中，我們分析了目前存在的密鑰提取協(xié)議中存在的問題，并提出一個

7、新的協(xié)議來解決這些問題。 本文的主要工作是對上述密鑰安全相關(guān)的密碼體系進(jìn)行研究，取得的主要研究成果歸納如下： ●解決了Wong等提出的一個未解決問題，提出了一個基于加法共享的可驗證秘 密再分發(fā)協(xié)議，不但可以驗證秘密影子和子影子的正確性，而且能夠恢復(fù)錯誤的影子，同時可以鑒別錯誤舊成員的集合，能夠解決錯誤舊成員定位困難的問題。由于采用的是加法共享的方式，所以可以方便的轉(zhuǎn)化為動態(tài)RSA再分發(fā)體制。 ●指出了動態(tài)安全方

8、案中的強(qiáng)假設(shè)條件依賴問題，并提出了一個新的可驗證秘密再分發(fā)協(xié)議，可以使動態(tài)方案減小對強(qiáng)假設(shè)的依賴性，形成更為靈活、實用的動態(tài)方案。 ●分析并歸納了各種門限方案的安全性證明方法。提出了一個分層的基于身份的動態(tài)門限簽名方案，方案具有分層的PKG結(jié)構(gòu)，相對于一般的門限簽名方案，具有的是安全性更高的動態(tài)屬性，利用離散對數(shù)相等的知識證明協(xié)議來保證部分簽名的正確性，并給出了方案的幾種擴(kuò)展。 ●針對Itkis提出的一個公開問題，提出了

9、一個基于配對并使用二二進(jìn)制樹結(jié)構(gòu)的前向安全簽名方案。由于使用了新的密鑰更新策略和密鑰存儲結(jié)構(gòu)，以及通過二又樹的前序遍歷技術(shù)將時間段與二進(jìn)制樹所有節(jié)點關(guān)聯(lián)的技術(shù)，使得方案的驗證算法時間和簽名長度的T項復(fù)雜性較相同結(jié)構(gòu)的其它方案從O(1ogT)降低到O(1)，其密鑰產(chǎn)生、密鑰更新、簽名算法所需時間的T項復(fù)雜度全部可以達(dá)到O(1)，同時具有很短的公私鑰長度。依賴于CDH假設(shè)，證明了方案在隨機(jī)預(yù)言模型中是前向安全的。提出了兩個關(guān)于前向安全公鑰加

10、密和簽名方面的公開問題。 ●構(gòu)造了一個基于乘法共享的短密鑰前向安全門限簽名方案，方案實現(xiàn)十分簡單，可以抵御竊聽的敵手，我們還采用了份額的子份額技術(shù)，使得方案可以抵御能力更強(qiáng)的惡意敵手。 ●第一次明確給出了可以抵御移動惡意敵手的前向安全動態(tài)門限簽名的形式化定義，并提出了第一個具體的FPTSIG方案，方案能夠達(dá)到最優(yōu)彈性，即當(dāng)參與成員個數(shù)n=2t+1時，可抵御收買t個成員的移動惡意敵手，我們給出了方案的前向安全性證明，并闡述

11、了演化算法和份額更新算法的可合并條件，指出提 出的方案滿足此條件。 ●提出了一個GDH群上一個新的交互式知識證明協(xié)議，并證明了其滿足完備性、合理性、零知識性；然后，使用抗碰撞的Hash函數(shù)將其轉(zhuǎn)化成非交互的版本，并運用這個非交互的知識證明協(xié)議構(gòu)造了第一個基于配對的前向安全門限簽名方案，方案的效率很高、交互次數(shù)也很少；最后，證明了方案的安全性。 ●給出了密鑰隔離簽名的一些新擴(kuò)展。 ●指出了強(qiáng)前向安全模型中的缺陷。

12、 ●繼Itkis的抗入侵簽名方案之后，提出了第二個具體的抗入侵簽名方案，方案具有比Itkis的方案更好的平均性能，所有費用參數(shù)的復(fù)雜性不會超過O(10gT)，這是Itkis的方案無法達(dá)到的。另外的一個突出貢獻(xiàn)：第一次明確給出了抗入侵簽名方案的安全性證明。 ●分析了以前基于口令的密鑰提取協(xié)議的不足，并提出了一個新的協(xié)議，協(xié)議可應(yīng)用于多服務(wù)器漫游系統(tǒng)，與以往的協(xié)議不同，提出的密鑰提取協(xié)議解決了服務(wù)器出錯時的低效問題，不但在服