公鑰加密與簽密的KEM-DEM混合構(gòu)造.pdf

1、公鑰密碼學(xué)是現(xiàn)代密碼學(xué)的一個(gè)重要組成部分,它解決了對(duì)稱密碼中最困難的兩個(gè)問(wèn)題:密鑰分配問(wèn)題和數(shù)字簽名問(wèn)題。純粹的公鑰密碼算法(只用公鑰技術(shù)實(shí)現(xiàn)的),其消息空間往往被限制在某個(gè)特定的區(qū)域,而且當(dāng)消息長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí),計(jì)算效率非常低——這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用而言是非常不利的。所以一般把非對(duì)稱(公鑰)技術(shù)和對(duì)稱技術(shù)結(jié)合起來(lái)使用,其中公鑰模塊用于產(chǎn)生對(duì)稱密鑰,對(duì)稱模塊用于加密消息,這樣做不僅能取消對(duì)消息空間的限制,而且能提高計(jì)算效率。這種對(duì)稱和非對(duì)稱混合的技

2、術(shù)在公鑰加密和簽密里得到了最充分的展現(xiàn)。公鑰加密分兩步進(jìn)行,第一步用消息接收者的公鑰產(chǎn)生一個(gè)對(duì)稱密鑰,第二步用對(duì)稱加密算法加密消息。前一部分被稱為密鑰封裝機(jī)制(KEM),后一部分被稱為數(shù)據(jù)封裝機(jī)制(DEM),用這種方式構(gòu)造的公鑰加密被稱為KEM/DEM混合加密。
　　 簽密是一種同時(shí)實(shí)現(xiàn)保密性和認(rèn)證性的密碼體制,它的計(jì)算代價(jià)和密文長(zhǎng)度都小于“先簽名再加密”的傳統(tǒng)模式。與公鑰加密情況類似,從實(shí)際應(yīng)用角度考慮,簽密方案在設(shè)計(jì)上往往也

3、采用與對(duì)稱體制相結(jié)合的混合模式,用公鑰算法f包含簽名算法)產(chǎn)生對(duì)稱密鑰,用對(duì)稱加密算法加密消息,前者被稱為簽密密鑰封裝機(jī)制(SC—KEM)),后者被稱為數(shù)據(jù)封裝機(jī)制(DEM),通過(guò)這種方式構(gòu)造的簽密被稱為SC-KEM/DEM混合簽密。
　　 基于身份的公鑰密碼體制的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需公鑰證書(shū),不足是密鑰生成中心PKG掌握所有用戶的私鑰。無(wú)證書(shū)公鑰密碼體制解決了基于身份體制的這一不足,同時(shí)保留了“無(wú)證書(shū)”的優(yōu)點(diǎn),但是在各類算法的實(shí)現(xiàn)上比基

4、于身份的稍微復(fù)雜些。論文對(duì)KEM/DEM混合加密和SC-KEM/DEM混合簽密進(jìn)行了研究,尤其是在基于身份系統(tǒng)和無(wú)證書(shū)系統(tǒng)下的構(gòu)造和優(yōu)化等問(wèn)題,得到如下主要結(jié)果:
　　 1.利用混合加密方法構(gòu)造了一個(gè)高效的無(wú)證書(shū)加密方案,與現(xiàn)有方案相比,新方案的密文長(zhǎng)度較短,加解密速度較快,方案滿足適應(yīng)性選擇密文攻擊下的安全性(IND-CCA2安全性),基于的困難問(wèn)題是Gap-BDH問(wèn)題。
　　 2.利用Twinning技術(shù)[1]構(gòu)造了

5、一個(gè)短密文的無(wú)證書(shū)加密方案,其IND-CCA2安全性基于標(biāo)準(zhǔn)的BDH問(wèn)題。密鑰長(zhǎng)度:對(duì)于80比特安全級(jí)別,部分私鑰、秘密值、公鑰的長(zhǎng)度分別為320比特、160比特和320比特。
　　 3.提出了“基于身份的多接收者簽密密鑰封裝機(jī)制(mIDSC-KEM)”的概念,給出了定義和安全模型,并且設(shè)計(jì)了具體的方案。由mIDSC-KEM所構(gòu)造的基于身份的多接收者簽密方案,與常規(guī)方法(對(duì)每個(gè)接收者分別簽密)相比,前者的通信效率遠(yuǎn)高于后者。

6、r>　　 4.設(shè)計(jì)了一個(gè)高效的無(wú)證書(shū)混合簽密方案,與現(xiàn)有方案相比,新方案擁有較快的簽密和解密驗(yàn)證速度(分別只需計(jì)算1次雙線性對(duì)和1次點(diǎn)乘),如果考慮預(yù)計(jì)算,那么該方案的計(jì)算效率與對(duì)稱加密相當(dāng)。另外,新方案的密文長(zhǎng)度較短,比如對(duì)于80比特的安全級(jí)別,數(shù)據(jù)封裝采用OCB[2],那么密文長(zhǎng)度比其他方案至少短416比特,這對(duì)于帶寬窄的通信環(huán)境而言,優(yōu)勢(shì)是很明顯的。
　　 5.提出了“無(wú)證書(shū)多接收者簽密密鑰封裝機(jī)制(mCLSC-KEM)