可認(rèn)證密鑰交換研究.pdf

1、在信息技術(shù)和通信產(chǎn)業(yè)如此重要的今天，面對(duì)越來(lái)越多樣化的攻擊手段，如何保證通信數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性、可認(rèn)證性、可授權(quán)及不可抵賴性正成為計(jì)算機(jī)和信息安全領(lǐng)域越發(fā)重要的研究課題。作為目前核心技術(shù)之一的可認(rèn)證密鑰交換(Authenticated Key Exchange，AKE)為通信的雙方提供了兩種服務(wù)。一種是AKE為通信雙方建立會(huì)話密鑰(Session Key)，即只有彼此所知的對(duì)稱密鑰，該密鑰用來(lái)實(shí)現(xiàn)接下來(lái)傳輸過(guò)程中的數(shù)據(jù)機(jī)密性和數(shù)據(jù)完整

2、性。另一種是AKE能使通信雙方確認(rèn)彼此的身份。根據(jù)認(rèn)證要素不同，AKE可分為基于口令(Password)、基于對(duì)稱密鑰(Symmetric Key)、基于公鑰(Public Key)和基于混合因素等不同種類(lèi)。本文研究了基于口令的可認(rèn)證密鑰交換系統(tǒng)(PAKE)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中AKE系統(tǒng)的安全性和復(fù)雜性，主要研究工作創(chuàng)新之處如下：
　　 (1)完全基于口令的雙服務(wù)器可認(rèn)證密鑰交換系統(tǒng)
　　 本文設(shè)計(jì)了一個(gè)新的完全基于口令的雙服務(wù)

3、器可認(rèn)證密鑰交換系統(tǒng)(Password-only Two-serverAKE，PTAKE)。該系統(tǒng)同時(shí)克服了傳統(tǒng)單服務(wù)器系統(tǒng)的單點(diǎn)失敗和多服務(wù)器系統(tǒng)高昂的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)的不足。新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不但滿足此類(lèi)系統(tǒng)的最強(qiáng)安全需求，即在主動(dòng)攻擊者(Acitve Adversary)攻破兩臺(tái)服務(wù)器中的任何一臺(tái)時(shí)系統(tǒng)仍能抵御離線字典攻擊，而且總共只需要6次消息傳輸。與目前唯一一個(gè)具有相同安全水平的系統(tǒng)比較，新系統(tǒng)的通信復(fù)雜度降低了40％而且計(jì)算復(fù)雜度沒(méi)有增加

4、。本文還利用同態(tài)單向函數(shù)和同態(tài)加密機(jī)制首次提出了一個(gè)泛型設(shè)計(jì)的PTAKE(Generic PTAKE)，證明了即使在主動(dòng)型攻擊者控制兩臺(tái)服務(wù)器中的前臺(tái)服務(wù)器或者被動(dòng)攻擊者(Passive Adversary)控制后臺(tái)服務(wù)器時(shí)，該系統(tǒng)仍能抵御離線字典攻擊。
　　 (2)對(duì)雙重指數(shù)模運(yùn)算快速算法的復(fù)雜度研究
　　 雙重指數(shù)模運(yùn)算廣泛應(yīng)用于包括上述PTAKE在內(nèi)的諸多基于數(shù)論的密碼系統(tǒng)中，是這些系統(tǒng)中開(kāi)銷(xiāo)最大的運(yùn)算，它的執(zhí)行效

5、率將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。本文對(duì)當(dāng)前此運(yùn)算的主流快速算法進(jìn)行了比較與分析，特別是利用馬爾科夫概率模型對(duì)此前認(rèn)為最快的WLLC算法進(jìn)行了復(fù)雜度分析。理論分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，WLLC算法需要的平均模乘次數(shù)為1.556k(k表示指數(shù)的長(zhǎng)度)，修正了原有的分析結(jié)果1.306k。這表明目前基于標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)數(shù)位碼的雙重指數(shù)模運(yùn)算算法復(fù)雜度仍然無(wú)法降低到1.5k次模乘運(yùn)算以下。
　　 (3)匿名無(wú)線安全漫游協(xié)議
　　 匿名無(wú)線安全漫游

6、協(xié)議(Secure Wireless Roaming，SWR)在幫助漫游用戶和外地服務(wù)器之間建立安全信道的同時(shí)能夠保擴(kuò)該用戶的隱私，其核心是用戶以匿名的方式與外地服務(wù)器進(jìn)行可認(rèn)證密鑰交換。本文在已有工作的基礎(chǔ)上提出了更加完善的匿名SWR安全需求，包括用戶身份可認(rèn)證、服務(wù)器身份可認(rèn)證、安全會(huì)話密鑰的建立、向前安全性、用戶匿名性和不可追蹤性等。我們采用CK模型下的模塊化構(gòu)造法設(shè)計(jì)了一個(gè)完全基于對(duì)稱密鑰的匿名SWR協(xié)議。該協(xié)議僅需要4次消息傳

7、輸，是目前同類(lèi)協(xié)議中通信代價(jià)最低的。由于該協(xié)議僅需要對(duì)稱密鑰加密和消息認(rèn)證碼而不涉及公鑰基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(Public Key Infrastructure，PKI)，所以計(jì)算復(fù)雜度也是已知協(xié)議中最低的。
　　 (4)向前安全可撤回群簽名機(jī)制
　　 作為重要的密碼學(xué)基礎(chǔ)工具，可撤回群簽名機(jī)制可以用來(lái)構(gòu)造一種新的AKE以實(shí)現(xiàn)本地化漫游(Localized Anonymous Roaming)。雖然此舉可以降低服務(wù)器間通信負(fù)載，但是