標(biāo)準(zhǔn)模型下可證明安全的公鑰加密體制研究.pdf

1、適應(yīng)性選擇密文攻擊不可區(qū)分性（簡稱IND-CCA）是當(dāng)前密碼學(xué)界認(rèn)可的公鑰加密方案的安全性標(biāo)準(zhǔn)。在該模型中，攻擊者可以觀察密碼算法的輸入/輸出，但是無法訪問或修改算法運(yùn)行的內(nèi)部狀態(tài)。近年來，隨著側(cè)信道攻擊技術(shù)的出現(xiàn)，攻擊者不僅可以獲得密鑰的部分信息甚至還可以篡改算法的密鑰并觀察在不同密鑰下的運(yùn)行結(jié)果。此外，在一些特殊應(yīng)用環(huán)境下，例如Windows Vista系統(tǒng)的BitLocker硬盤加密技術(shù)中，攻擊者還可以獲得對密鑰的加密結(jié)果。研究表

2、明，在IND-CCA模型下證明是安全的方案，例如經(jīng)典的Cramer-Shoup加密方案，在這些新型環(huán)境下往往是不安全的甚至是可以被完全攻破的。本文以上述新型應(yīng)用環(huán)境為背景，研究標(biāo)準(zhǔn)模型下具有IND-CCA安全性的公鑰加密方案的設(shè)計方法，并取得了以下研究成果：
　　1.在Hofheinz和Kiltz Eurocrypt’09的工作基礎(chǔ)上，提出一種改進(jìn)的抗選擇密文攻擊的密鑰封裝方案。在標(biāo)準(zhǔn)模型下，其安全性可以歸約到大整數(shù)分解問題的困難

3、性。與原方案相比，解密運(yùn)算速度提高大約23.6％。
　　2.在密鑰泄漏環(huán)境下，提出一種基于哈希證明系統(tǒng)的抗選擇密文攻擊通用構(gòu)造方法。在基于DDH假設(shè)和DLIN假設(shè)的實(shí)例化方案中，私鑰泄漏比例分別達(dá)到1/4?o(1)和1/6?o(1)。后者也是第一個基于DLIN假設(shè)且容忍1/6?o(1)私鑰泄漏比例的不依賴雙線性配對的公鑰加密方案。
　　3.從理論上講，基于哈希證明系統(tǒng)的選擇密文安全公鑰加密方案的私鑰泄漏比例最高為1/2?o(

4、1)。然而，已有的技術(shù)（不依賴效率極低的非交互零知識證明系統(tǒng)）只能達(dá)到1/4?o(1)。為解決這一問題，本文提出一次有損過濾器的概念,首次將哈希證明系統(tǒng)的密鑰泄漏比例提高至1/2?o(1)。利用一次有損過濾器，本文還提出第一個結(jié)構(gòu)簡潔且不依賴雙線性配對運(yùn)算的彈性泄漏方案，解決了傳統(tǒng)彈性泄漏公鑰加密方案存的構(gòu)造復(fù)雜、依賴雙線性配對運(yùn)算等問題。
　　4.利用相關(guān)密鑰攻擊，攻擊者不僅可以篡改密碼方案的密鑰，還可以觀察方案在密鑰更改后的輸

5、出變化情況。本文提出一種新的密碼學(xué)工具，即連續(xù)非延展密鑰提取函數(shù)，并利用它實(shí)現(xiàn)一種抵抗多項式函數(shù)相關(guān)密鑰攻擊的公鑰加密和基于身份加密方案。該方案可以基于標(biāo)準(zhǔn)的困難問題來實(shí)現(xiàn)，從而解決了同類型密碼方案存在的依賴非標(biāo)準(zhǔn)困難問題或者需要將相關(guān)密鑰攻擊嵌入到非標(biāo)準(zhǔn)困難問題中等不足之處。
　　5.依賴密鑰消息加密可以看作是一種特殊的密鑰泄漏函數(shù)。然而設(shè)計實(shí)用的抗選擇密文攻擊的依賴密鑰消息加密方案卻是一項極具挑戰(zhàn)性的工作。本文證明了Crame