本文關(guān)鍵詞：格基簽密關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：以網(wǎng)絡(luò)為主的信息傳播技術(shù)的迅速發(fā)展,給人們的生活帶來(lái)巨大的便利的同時(shí),也對(duì)信息的安全提出了更高的要求。作為信息安全技術(shù)的核心,密碼學(xué)尤其公鑰密碼學(xué)應(yīng)當(dāng)對(duì)保證信息的安仝提供更強(qiáng)有力的保障。量子計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展,嚴(yán)重威脅到以數(shù)論難題假設(shè)為基礎(chǔ)的公鑰密碼學(xué)。格基密碼因?yàn)榈挚挂阎孔庸簟㈧`活可構(gòu)造高級(jí)原語(yǔ)、基于最壞情況下的困難假設(shè)、高的漸近計(jì)算效率等方面的優(yōu)勢(shì),備受密碼學(xué)界的青睞,成為抗量子密碼中最活躍的分支。在過(guò)去的十幾年間,格基密碼在方案設(shè)計(jì)方面取得了重大的突破,普通加密、簽名、全同態(tài)加密、屬性加密、全同態(tài)簽名、群簽名等密碼學(xué)原語(yǔ)相繼被構(gòu)造,并且效率和安全性逐步提高。簽密作為重要的密碼學(xué)原語(yǔ)在格上的構(gòu)造發(fā)展相對(duì)緩慢。簽密能以比先簽名后加密低得多的代價(jià),在一個(gè)邏輯步驟內(nèi)完成加密和簽名操作,從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)密性、完整性、認(rèn)證性和不可否認(rèn)性。簽密的多功能性和高效性,使其在很多場(chǎng)景下有重要的應(yīng)用。大多數(shù)現(xiàn)存的簽密方案是基于數(shù)論難題假設(shè)的,因而受到量子計(jì)算的嚴(yán)重威脅。2012年,已經(jīng)成功構(gòu)造出格上的兩個(gè)簽密方案。但是這兩個(gè)格基簽密方案效率低、安全性模型弱,此外沒(méi)有格基簽密方案支持身份框架,沒(méi)有格基簽密方案支持屬性。本文針對(duì)上述問(wèn)題開(kāi)展研究,并取得了下面的成果。(1)針對(duì)現(xiàn)存的格基簽密方案僅在隨機(jī)預(yù)言機(jī)模型下安全,目.效率不高的不足,在MP陷門(mén)的基礎(chǔ)上,利用簽名與加密之間的糾纏關(guān)系設(shè)計(jì)了格上的新簽密方案。該方案在標(biāo)準(zhǔn)模型下可證明安全。此外,一方面憑借所使用的陷門(mén)的高效性,另一方面借助本方案的設(shè)計(jì)的合理性,在普通的參數(shù)設(shè)置下新方案比原來(lái)的兩個(gè)方案的簽密速度分別快3倍和5～13倍；角牟簽密的速度分別快3倍和260倍。在比較大的參數(shù)的設(shè)置下,新方案的效率優(yōu)勢(shì)更加明顯。(2)為了使簽密方案具有基于身份的公鑰認(rèn)證框架(相對(duì)于公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(public key infrastructure:PKI))的便利性,即用戶(hù)不需要證書(shū)權(quán)威中心的在線(xiàn)服務(wù),不需要維護(hù)通訊列表,設(shè)計(jì)了格上基于身份的簽密方案。方案在標(biāo)準(zhǔn)模型下可證明安全。理論分析表明新方案的密文擴(kuò)張僅是同等安全級(jí)別下的先簽名后加密的密文擴(kuò)張的7/12,簽密的計(jì)算代價(jià)大約是先簽名后加密機(jī)制的1/2。(3)為了能以交互的方式實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度控制,從而適應(yīng)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下一對(duì)多、多對(duì)一、多對(duì)多服務(wù)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了格上的基于屬性的簽密方案(ABSC).為進(jìn)一步縮短密文的長(zhǎng)度,用Regev加密的變種來(lái)隱藏簽名值。因?yàn)镽egev加密的變種達(dá)不到語(yǔ)義安全,本文通過(guò)添加一塊很短密文,并借助簽名的隨機(jī)性,做到標(biāo)準(zhǔn)模型下、自適應(yīng)選擇密文攻擊下的不可區(qū)分性安全。理論分析表明,ABSC方案的計(jì)算代價(jià)和先簽名后加密機(jī)制的計(jì)算代價(jià)的比值介于區(qū)間(ρ2+1/ρ2+17,c+2/ρ+3)中；ABSC方案對(duì)應(yīng)的密文長(zhǎng)度和先簽名后加密的密文長(zhǎng)度的比值是ρ+5/ρ+3,其中ρ表示屬性的個(gè)數(shù)。尤其在單個(gè)訪(fǎng)問(wèn)控制結(jié)構(gòu)中用到的屬性個(gè)數(shù)較少的情況下優(yōu)勢(shì)更為明顯。(4)為了能對(duì)簽密中的簽名部分提供匿名性,設(shè)計(jì)了格上的網(wǎng)孔簽名。環(huán)簽名和群簽名僅僅能夠表達(dá)簽名者之間的析取關(guān)系,而該簽名相對(duì)環(huán)簽名、群簽名表達(dá)形式更豐富,支持所有的布爾表達(dá)式和門(mén)限謂詞。(5)在上面的研究中發(fā)現(xiàn),原像取樣算法效率不高,是制約格基簽密效率提高的主要瓶頸。MP陷門(mén)相對(duì)于AP陷門(mén)是目前更高效的陷門(mén),為構(gòu)造高效簽名提供了必要條件。但是,如果直接將陷門(mén)和高斯抽樣的乘積做為簽名輸出,會(huì)對(duì)陷門(mén)信息產(chǎn)生泄漏。Micciancio和Peikert采用離散卷積技術(shù),Lyubashevsky采用舍棄取樣技術(shù)分別做到陷門(mén)信息的“無(wú)泄漏”,但都使簽名的效率打了折扣。本文先提出MP陷門(mén)的變種,然后利用陷門(mén)冗余、隨機(jī)組合陷門(mén)的技術(shù),很好地抵抗陷門(mén)信息泄漏,并得到了高效的抽樣算法。作為應(yīng)用設(shè)計(jì)了基于身份的簽名,使陷門(mén)大小隨著層次成線(xiàn)性增長(zhǎng),并且私鑰代理代價(jià)有量級(jí)的減小。
【關(guān)鍵詞】：格基密碼 簽密 抗量子 可證明安全 屬性密碼 信息安全
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN918.4
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-14
• 符號(hào)對(duì)照表14-15
• 縮略語(yǔ)表15-16
• 第一章 緒論16-28
• 1.1 研究的目的和意義16-18
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-24
• 1.2.1 格基密碼方案設(shè)計(jì)20-24
• 1.3 本文工作和主要貢獻(xiàn)24-26
• 1.4 章節(jié)安排26-28
• 第二章 預(yù)備知識(shí)28-40
• 2.1 格的定義28-29
• 2.2 格上的密碼學(xué)困難問(wèn)題29-31
• 2.3 離散高斯分布31-33
• 2.4 格基密碼常用算法33-38
• 2.5 格上的變色龍Hash函數(shù)38
• 2.6 其他常用結(jié)論38-39
• 2.7 本章小結(jié)39-40
• 第三章 標(biāo)準(zhǔn)模型下基于格的簽密40-68
• 3.1 研究背景40-41
• 3.2 簽密的原語(yǔ)與安全模型41-43
• 3.3 標(biāo)準(zhǔn)模型下的簽密方案43-65
• 3.3.1 構(gòu)建模塊：基于格的變色龍Hash函數(shù)43-45
• 3.3.2 方案的構(gòu)造45-48
• 3.3.3 方案的一致性48-50
• 3.3.4 安全性證明50-56
• 3.3.5 性能分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)M56-65
• 3.4 本章小結(jié)65-68
• 第四章 基于身份的簽密方案68-102
• 4.1 研究背景68-69
• 4.2 基于身份的簽密的原語(yǔ)與安全模型69-71
• 4.3 基于LWR的選擇身份安全的簽密方案71-89
• 4.3.1 構(gòu)造71-74
• 4.3.2 一致性和參數(shù)設(shè)置74-76
• 4.3.3 安全性76-89
• 4.4 擴(kuò)展Ⅰ：基于LWE困難假設(shè)選擇身份安全的簽密方案89-91
• 4.4.1 方案的構(gòu)造89
• 4.4.2 一致性與參數(shù)設(shè)置89-91
• 4.5 擴(kuò)展Ⅱ：基于LWR的全安全的基于身份的簽密方案91-93
• 4.6 擴(kuò)展Ⅲ：基于LWE的全安全的基于身份的簽密方案93-94
• 4.7 性能分析與實(shí)驗(yàn)對(duì)比94-99
• 4.7.1 性能分析94-95
• 4.7.2 和先簽名后加密機(jī)制之間的比較95-99
• 4.8 本章小結(jié)99-102
• 第五章 格上基于屬性的簽密102-122
• 5.1 研究背景102-103
• 5.2 基于屬性的簽密：原語(yǔ)及其安全模型103-106
• 5.3 格上基于屬性的簽密方案106-117
• 5.3.1 對(duì)訪(fǎng)問(wèn)策略的編碼106-107
• 5.3.2 方案構(gòu)造107-110
• 5.3.3 一致性與參數(shù)設(shè)置110-111
• 5.3.4 安全性111-117
• 5.4 性能分析與變種117-120
• 5.4.1 性能分析117-119
• 5.4.2 變種119-120
• 5.5 本章小結(jié)120-122
• 第六章 格基快速原像抽樣算法及其應(yīng)用122-142
• 6.1 研究背景122-123
• 6.2 改進(jìn)的抽樣算法及陷門(mén)變種123-127
• 6.2.1 G-陷門(mén)的變種123-124
• 6.2.2 格基代理124-125
• 6.2.3 MP抽樣算法變種125-127
• 6.3 新的抽樣算法下(層次型)選擇身份安全的簽名方案127-139
• 6.3.1 方案構(gòu)造128-129
• 6.3.2 參數(shù)設(shè)置和正確性129-131
• 6.3.3 安全性131-136
• 6.3.4 性能分析136-139
• 6.4 基于快速抽樣技術(shù)的簽密139-140
• 6.5 本章小結(jié)140-142
• 第七章 網(wǎng)孔簽名142-154
• 7.1 研究背景142-143
• 7.2 Mesh簽名：原語(yǔ)和安全模型143-144
• 7.3 格上的網(wǎng)孔簽名144-151
• 7.3.1 構(gòu)造144-147
• 7.3.2 正確性和參數(shù)設(shè)置147-148
• 7.3.3 安全性148-151
• 7.4 總結(jié)151-154
• 第八章 總結(jié)與展望154-162
• 8.1 研究工作總結(jié)154-160
• 8.1.1 本文工作總結(jié)154-159
• 8.1.2 其他研究工作總結(jié)159-160
• 8.2 展望160-162
• 參考文獻(xiàn)162-176
• 致謝176-178
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄178

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本文編號(hào)：342101