公鑰加密與簽密的KEM-DEM混合構造.pdf

1、公鑰密碼學是現(xiàn)代密碼學的一個重要組成部分,它解決了對稱密碼中最困難的兩個問題:密鑰分配問題和數(shù)字簽名問題。純粹的公鑰密碼算法(只用公鑰技術實現(xiàn)的),其消息空間往往被限制在某個特定的區(qū)域,而且當消息長度較長時,計算效率非常低——這對于實際應用而言是非常不利的。所以一般把非對稱(公鑰)技術和對稱技術結(jié)合起來使用,其中公鑰模塊用于產(chǎn)生對稱密鑰,對稱模塊用于加密消息,這樣做不僅能取消對消息空間的限制,而且能提高計算效率。這種對稱和非對稱混合的技

2、術在公鑰加密和簽密里得到了最充分的展現(xiàn)。公鑰加密分兩步進行,第一步用消息接收者的公鑰產(chǎn)生一個對稱密鑰,第二步用對稱加密算法加密消息。前一部分被稱為密鑰封裝機制(KEM),后一部分被稱為數(shù)據(jù)封裝機制(DEM),用這種方式構造的公鑰加密被稱為KEM/DEM混合加密。
　　 簽密是一種同時實現(xiàn)保密性和認證性的密碼體制,它的計算代價和密文長度都小于“先簽名再加密”的傳統(tǒng)模式。與公鑰加密情況類似,從實際應用角度考慮,簽密方案在設計上往往也

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

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

5、一個短密文的無證書加密方案,其IND-CCA2安全性基于標準的BDH問題。密鑰長度:對于80比特安全級別,部分私鑰、秘密值、公鑰的長度分別為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制(mIDSC-KEM)”的概念,給出了定義和安全模型,并且設計了具體的方案。由mIDSC-KEM所構造的基于身份的多接收者簽密方案,與常規(guī)方法(對每個接收者分別簽密)相比,前者的通信效率遠高于后者。

6、r>　　 4.設計了一個高效的無證書混合簽密方案,與現(xiàn)有方案相比,新方案擁有較快的簽密和解密驗證速度(分別只需計算1次雙線性對和1次點乘),如果考慮預計算,那么該方案的計算效率與對稱加密相當。另外,新方案的密文長度較短,比如對于80比特的安全級別,數(shù)據(jù)封裝采用OCB[2],那么密文長度比其他方案至少短416比特,這對于帶寬窄的通信環(huán)境而言,優(yōu)勢是很明顯的。
　　 5.提出了“無證書多接收者簽密密鑰封裝機制(mCLSC-KEM)