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支持等式测试的身份基可否认认证加密方案及其在电子投票系统的应用

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信息安全学报 2023年第5期8卷 109-122页

作者：姚天昂熊虎电子科技大学信息与软件工程学院成都610054 网络与数据安全四川省重点实验室(电子科技大学) 成都610054 南京大学计算机科学与技术系南京210023

电子投票系统被认为是现代生活中高效提供政府服务和进一步加强民主活力的方法。但是,现有构建电子投票系统的方法存在以下问题:第一,在面临贿选及胁迫的压力时,选民无法无视外在压力独立投票。其次,审计投票结果的实体可以在审计的同... 详细信息

电子投票系统被认为是现代生活中高效提供政府服务和进一步加强民主活力的方法。但是,现有构建电子投票系统的方法存在以下问题:第一,在面临贿选及胁迫的压力时,选民无法无视外在压力独立投票。其次,审计投票结果的实体可以在审计的同时获知有关投票内容的额外信息。为了解决上述两个问题,我们首次将可否认认证加密技术与身份基等式测试加密技术相结合,提出了一种支持等式测试的身份基可否认认证加密方案。该方案可以在第三方服务器不解密的情况下提供密文可比性,还能保证接收方验证发送方的身份的同时,不能向第三方证明信息来自发送方,从而保护发送方的隐私。该方案利用可否认认证加密技术在技术层面保证了选民独立投票的能力,并额外增加了身份基下的等式测试功能以确保审计机构在逻辑结构上拥有访问权限。在使用本方案的电子投票系统中,审计机构在审计投票结果的同时,不获得有关选票的任何其他信息。我们证明了我们的方案在随机预言模型中是安全的,并且可以在电子投票系统中确保不可胁迫性和可审计性。该方案与已有相关方案相比,在开销和安全性能均有较好表现的同时,实现了更为丰富的功能。此外,我们使用所提出的密码学方案设计了一个安全的电子投票系统,其安全特性可以很好地保护电子投票系统中的选民自由和公平性。

关键词：电子投票不可胁迫性可审计性可否认认证加密身份基密码体制等式测试

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支持群组等式测试的公钥加密体制研究

支持群组等式测试的公钥加密体制研究

作者：王含笑电子科技大学

学位级别：硕士

支持等式测试的公钥加密方案作为一种新兴的可搜索加密技术,旨在为开放网络信道中的数据提供隐私保护的同时增强加密数据的可用性。该密码学原语允许被授权第三方在不执行解密操作的情况下执行密文等式测试算法,比较两份由不同公钥加密... 详细信息

支持等式测试的公钥加密方案作为一种新兴的可搜索加密技术,旨在为开放网络信道中的数据提供隐私保护的同时增强加密数据的可用性。该密码学原语允许被授权第三方在不执行解密操作的情况下执行密文等式测试算法,比较两份由不同公钥加密的密文包含的内容是否一致。然而,现有的群组等式测试加密方案仅能支持一对一数据共享,在实现一对多数据共享时会产生庞大的计算与存储负担。此外,多数等式测试加密方案仅支持对密文内容的精确比较,如果用户的输入查询中存在语法错误,则不能得到期望的检索结果。本文致力于为上述问题提供解决方案,对支持等式测试的公钥加密体制及其应用进行了深入研究,取得了以下成果:(1)本文提出了一种支持群组等式测试的属性基加密方案。该方案允许用户使用访问策略对拟共享数据加密并在用户密钥中嵌入属性信息。由于只有属性匹配策略的用户密钥才能解密数据,因此方案可实现多用户的差异化访问权限管理。此外,方案中使用群组粒度的授权机制,被授权的第三方只能对来自同一群组的用户密文进行等式测试,如果两份密文所属用户在不同群组,则不能进行等式测试。该方案不允许执行测试的第三方持有加密所需的群组用户公钥,因此可以抵抗第三方通过穷举猜测消息从给定密文中恢复消息的攻击。理论分析与实验验证证明了该方案具有高效性、安全性和实用性。(2)本文提出了一种支持高效模糊匹配的等式测试公钥加密方案。该方案使用位置敏感哈希和布隆过滤器,为明文消息生成对应的比特向量表示,消息内容相似度将由对应消息向量之间的欧式距离衡量。在位置敏感哈希中,距离小于给定阈值的两向量有高概率具有相同的哈希结果。方案利用该特性对加密的消息向量哈希值进行比较,实现密文内容的模糊匹配。本方案无需对字符集进行预处理,在加密、解密和模糊匹配阶段享有恒定的计算开销,计算复杂度不受消息长度的影响,可以处理多种语法错误。通过严格的安全分析证明了本方案的安全性,实验结果表明本方案具有较高的模糊查询效率,可以应用于各种云计算场景中。

关键词：公钥加密等式测试群组机制模糊匹配

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属性基加密密文等式测试的研究及应用

属性基加密密文等式测试的研究及应用

作者：张皓电子科技大学

学位级别：硕士

云计算的飞速发展使用户可以将个人数据与来自不同领域的其他用户进行分享,在云计算中确保共享数据不会泄露给未经授权的其他用户或云计算运营商是非常重要的。随着属性基加密的提出与研究,为云计算中的数据共享提供了解决方案。然而,... 详细信息

云计算的飞速发展使用户可以将个人数据与来自不同领域的其他用户进行分享,在云计算中确保共享数据不会泄露给未经授权的其他用户或云计算运营商是非常重要的。随着属性基加密的提出与研究,为云计算中的数据共享提供了解决方案。然而,在云计算中同时实现对个人数据的灵活访问控制、保护数据用户的个人隐私、动态设置数据接受者信息以及高效的加解密数据仍是一个具有挑战的问题。另一方面,在云计算中用户对于数据的搜索不同于对明文数据的搜索,然而将密文解密后搜索显然是低效且不实际的。因此如何在云计算提高用户在云中查找信息的效率,实现用户对密文的高效搜索与访问也是一个研究热点问题。针对以上问题,我们将同时研究属性基加密和公钥加密密文等式测试。本文的主要贡献如下:(1)为了解决上述第一个问题,我们提出了一个在云计算中具有隐私保护的属性基加密数据共享方案。该方案具有隐藏访问策略的特性,使数据所有者能够预定义接受集内的多个参与者共享他们的数据,并实现访问策略的灵活控制。该方案结合属性基加密的可验证外包解密技术和基于在线/离线属性的加密思想,使得数据共享更为高效。最后,通过安全性证明和性能分析比较,证明了该方案是安全可行的。(2)针对第二个问题,我们结合属性基签密和公钥加密密文等式测试的思想,提出了一个属性基签密密文等式测试方案。该方案中用户可以授权云服务器利用用户的陷门对不同访问策略下的密文做等式测试,以搜索自己感兴趣的密文。另一方面,用户还可以通过数字签名甄别数据的真实性与完整性。在用户授权云服务器做等式测试期间,云服务器也无法获取关于用户或密文的任何有用信息。我们在随机预言机下给出了该方案的安全性证明,仿真实验结果表明该方案是有效和实用的。

关键词：属性基加密云计算隐私保护数字签名等式测试

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支持等式测试的签密体制及其应用研究

支持等式测试的签密体制及其应用研究

作者：侯英哲电子科技大学

学位级别：硕士

如何确保数据的安全性是当今社会的研究热点,加密原语被认为是解决该问题的有效方法。然而,加密后的密文面临着数据可用性降低的挑战。传统的可搜索加密方案能够搜索加密后的密文,但是该项技术仅能够对相同公钥加密下的密文进行操作。... 详细信息

如何确保数据的安全性是当今社会的研究热点,加密原语被认为是解决该问题的有效方法。然而,加密后的密文面临着数据可用性降低的挑战。传统的可搜索加密方案能够搜索加密后的密文,但是该项技术仅能够对相同公钥加密下的密文进行操作。针对该局限性问题,支持等式测试的加密概念被引入,该机制可以在不解密的情况下对来自相同或者不同公钥加密下的密文进行匹配操作。虽然加密技术可以保证数据的完整性和机密性,但是不能保证数据的不可伪造性,因此,签密技术应运而生。然而,现有支持等式测试的签密方案存在性能低下以及仅适用于单一环境的问题。本文针对上述问题进行深入研究,完成了以下工作:为了解决现有支持等式测试的签密方案中所存在的高开销问题,本文提出了一个车联网环境下支持等式测试的身份基签密方案,该方案继承了身份基签密原语与等式测试技术的优点,解决了现有方案中的证书管理问题,极大地降低了信息在传输过程中的计算开销和通讯开销,并且数据的完整性、机密性以及不可伪造性均得到保证。针对复杂多变的异构环境,本文提出了一个无线体域网环境下支持身份基密码体制到公钥基础设施密码体制等式测试的异构签密方案,该方案解决了现有方案仅适用于单一系统的问题,同时,方案在构造时减少了双线对以及哈希函数的使用数量,使得签密和解签密算法与已有的方案相比更加高效。此外,该方案能够适用于异构系统,其安全性也得到了有效论证。为了进一步适应异构环境,本文提出了一个物联网环境下支持公钥基础设施密码体制到无证书密码体制等式测试的异构签密方案,在该方案中,数据的传输介于两个异构系统之间,公钥基础设施系统中的发送者可以签密数据,然后将密文上传至可存储的云服务器,当位于无证书密码系统中的用户需要某些特定数据时,等式测试操作将被执行,用以判断不同的密文中所包含的明文信息是否一致。同时,方案的安全性得到了论证,模拟实验显示了所提方案的时间开销,验证了该方案可以更好的适用于物联网环境。

关键词：等式测试身份基签密异构环境

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支持等式测试的公钥密码体制的研究与应用

支持等式测试的公钥密码体制的研究与应用

作者：赵亚楠电子科技大学

学位级别：硕士

如何在开放网络环境中保持数据机密性的同时提供数据可用性一直是密码学和信息安全界研究的焦点。支持密文等式测试功能的公钥密码技术是解决上述问题最为有效的方法之一。该技术允许不可信第三方在不执行解密的前提下对密文进行等式测... 详细信息

如何在开放网络环境中保持数据机密性的同时提供数据可用性一直是密码学和信息安全界研究的焦点。支持密文等式测试功能的公钥密码技术是解决上述问题最为有效的方法之一。该技术允许不可信第三方在不执行解密的前提下对密文进行等式测试,其中被测试的密文既可以是同一个公钥加密下的密文,也可以是不同公钥加密的密文。此外,第三方在执行等式测试的过程中无法获取密文对应的明文。该原语既保证了数据的机密性也使得数据的可利用性大大提升,在密文检索和分类等方面具有很好的应用前景。然而,公钥加密体制中支持等式测试方案还存在一些尚未解决的挑战,例如,现有的无证书加密等式测试方案在安全性或性能上存在明显不足,无法满足实际场景需求。此外,目前所提出的支持等式测试功能的方案都是针对单一密码系统,并不能很好的适用于如物联网这种复杂的异构网络。针对上述问题,本文对现有的支持等式测试功能的方案展开了研究,主要完成了如下工作:（1）本文提出了一个车联网环境下的支持等式测试功能的无证书加密方案。由于其私钥由两部分组成,很好的解决了身份基加密方案中的密钥托管问题。另一方面,该方案的公钥是公开的信息,也免去了繁复的证书管理问题。与现有的无证书等式测试加密方案相比,该方案在保证其安全性的同时也兼顾了效率,使其可以适用于资源受限的轻量级设备。（2）针对目前还没有适用于异构系统下的等式测试方案,本文提出了一种工业物联网（IIoT）环境下的具有等式测试功能的异构签密方案（HSC-ET）。在我们提出的方案中,公钥基础设施中的传感器能够对数据执行签密,并将其传递给半可信实体（云服务器）。当基于身份的密码系统中的用户希望检索存储在云服务器上的某些数据时,被委托的云服务器对密文执行等式测试,以确定两个密文之间是否存在相同的底层明文而不需要解密,从而保证了数据的真实性、完整性以及机密性。随后,对HSC-ET方案进行了严格而详细的分析,证明了HSC-ET方案的安全性。同时,根据实际应用场景,该方案可以在异构签密和标准的基于身份的加密体制之间切换,从而保证了方案的灵活性。最后,实验仿真和分析结果表明,该方案适用于IIoT环境。

关键词：公钥加密签密等式测试异构

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支持等式测试的身份基密码体制及其应用研究

支持等式测试的身份基密码体制及其应用研究

作者：姚天昂电子科技大学

学位级别：硕士

确保数据机密性和可用性是现代社会关注的热点问题。公钥密码体制是解决上述问题的有效手段。但标准公钥加密体制会使得云服务器中存储的数据难以检索,并且降低数据的可用性。支持等式测试的公钥加密体制是公钥加密体制的一种特殊形式,... 详细信息

确保数据机密性和可用性是现代社会关注的热点问题。公钥密码体制是解决上述问题的有效手段。但标准公钥加密体制会使得云服务器中存储的数据难以检索,并且降低数据的可用性。支持等式测试的公钥加密体制是公钥加密体制的一种特殊形式,允许半可信服务器在不执行解密的前提下对采用相同或不同公钥生成的密文进行相等性测试,较好地解决了高效密文检索问题。然而,目前支持等式测试的公钥加密方案大多基于公钥密码体制构造,存在证书管理问题。其次,现有的等式测试加密方案的应用环境较为单一。除此之外,已有方案都未充分考虑密钥泄露带来的风险。本文针对上述问题,对已有支持等式测试的公钥加密方案进行了深入研究和总结,并完成了以下工作:本文提出了一种支持等式测试的身份基可否认认证加密方案,该方案运用身份基加密体制进行构造,有效地提升了方案的性能,并规避了公钥加密体制固有的证书管理问题。同时,该方案利用可否认认证技术保证了接收方可以确认发送方的身份,但无法向第三方泄露发送方的身份,从而保护发送方身份不被公开验证。该方案在技术层面保证了电子投票中用户独立投票的能力,并确保审计机构在逻辑结构上拥有访问权限。审计机构在审计投票结果的同时,不获得有关选票的任何其他信息。本文将该方案的安全性证明规约到BDH困难问题上,严格地证明了方案的安全性,且通过具体实验验证了所提方案的高效性。通过结合密钥隔离和支持等式测试公钥加密体制的思想,本文提出了支持密钥隔离的身份基等式测试加密方案。上述方案继承了身份基加密体制的优点,解决了证书管理问题。该方案中将系统生命周期划分为多个离散的时间片并将用户密钥拆分为与用户身份信息对应的身份密钥和与时间片对应的时间片密钥。通过借助物理安全的硬件协助器来定期更新用户的时间片密钥同时实现了前向安全和后向安全功能。同时,该方案也允许第三方服务器对密文执行等式测试,从而同时实现了密钥隔离与密文检索功能。通过严格的安全性证明、详尽的理论分析和实验模拟,本文证明了所提方案在云辅助物联网环境下的安全性与高效性。

关键词：公钥加密体制身份基加密等式测试可否认认证加密密钥隔离

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关键词加密搜索技术的研究

关键词加密搜索技术的研究

作者：周紫君电子科技大学

学位级别：硕士

传统的加密技术无法满足云服务器搜索加密文件的需求,为解决此问题,关键词加密搜索技术被提出。此技术可以直接匹配关键词密文,判断关键词密文对应的明文是否相同,从而实现加密文件的搜索功能。虽然关键词加密搜索技术已经发展多年,但... 详细信息

传统的加密技术无法满足云服务器搜索加密文件的需求,为解决此问题,关键词加密搜索技术被提出。此技术可以直接匹配关键词密文,判断关键词密文对应的明文是否相同,从而实现加密文件的搜索功能。虽然关键词加密搜索技术已经发展多年,但是依旧存在一些不足,例如现有的关键词加密搜索方案对用户权限的划分粒度较粗,无法满足现实生活中特定场景的需求;现有方案中的绝大部分都是在随机预言机模型下实现安全性的,无法应用于安全性需求高的场景等。针对上述问题,本文做了以下研究:首先,绝大部分现有IBEET方案都是在随机预言机模型下实现安全性的,针对此不足,本文将Lewko和Waters提出的可在标准模型下实现安全性的IBE方案和等式测试方案相结合,提出了新的IBEET方案,并利用双系统加密技术证明此方案可在标准模型下实现完全安全。另外,与现有唯一一个可在标准模型下证明安全性的通用IBEET方案相比,本方案在加密算法方面效率提高了75.1%。其次,针对上述方案测试算法和解密算法效率较低的不足,本文利用Freeman提出的框架对其进行了改进,将原来在合数阶群上实现的IBEET方案转换到在素数阶群上实现,并利用双系统加密技术证明了改进后的方案依旧可以在标准模型下实现完全安全。另外,与原方案相比,改进后的方案在解密算法以及测试算法的时间消耗方面都减少了90.1%。最后,针对关键词加密搜索领域用户权限划分粒度过粗的不足,本文提出了一个新的概念——支持差异化等式测试的公钥加密(PKE-DET)。此概念在没有授权密钥的情况下,可以匹配同一公钥加密的密文;在获得授权密钥之后,可以匹配不同公钥加密的密文。其次,本文定义了PKE-DET的系统模型和安全模型,并提出了第一个具体的PKE-DET方案,证明了其在随机预言机模型下是安全的。进一步地,本文对PKE-DET的安全模型和上述方案进行了改进,并证明改进后的方案可在随机预言机模型下实现强安全性。另外,与现有PKEET方案相比,此方案在密文长度以及加密算法的计算消耗方面都要更具有优势。综上,本文针对关键词加密搜索领域尚未解决的问题,提出了两个IBEET方案和一个新的概念——PKE-DET,定义了PKE-DET系统模型和安全模型,并给出了两个PKE-DET方案,弥补了该领域的部分不足,提供了新的研究方向。

关键词：基于身份加密公钥加密等式测试标准模型双系统加密

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代理重加密的高效构造及其应用

代理重加密的高效构造及其应用

作者：李文超电子科技大学

学位级别：硕士

作为公钥密码学中特殊的原语,代理重加密(Proxy Re-encryption)被认为是一种灵活的数据访问控制密码体制,它可以根据用户需求为其加密数据提供灵活的数据访问授权。具体地说,代理重加密中的半可信代理(Proxy)能够将数据拥有者(Data Own... 详细信息

作为公钥密码学中特殊的原语,代理重加密(Proxy Re-encryption)被认为是一种灵活的数据访问控制密码体制,它可以根据用户需求为其加密数据提供灵活的数据访问授权。具体地说,代理重加密中的半可信代理(Proxy)能够将数据拥有者(Data Owner)加密的密文转换为指定的数据接收者(Data Receiver)可以解密的密文,并且代理无法获取数据拥有者有关明文和私钥的信息。代理重加密技术的研究在促进实现数据安全共享方面具有重要的意义。因此,本文对代理重加密体制及其应用进行了深入研究,并取得如下研究成果:1)本文提出一个支持等式测试功能的代理重加密方案,并详细介绍了该方案在云辅助物联网中的应用。具体的,该方案支持用户对使用不同公钥加密的密文执行等式测试的同时实现密文访问控制授权。该代理重加密方案满足选择密文安全,并且还具有单向性、单跳性、非交互性以及抗共谋攻击的特性。此外,本文在随机谕言机模型中对新提出的方案给出了形式化证明。同时,通过与具有等式测试功能的公钥加密方案以及支持关键词搜索的公钥加密方案的理论和实验模拟对比分析可知,本方案是高效可行的。2)本文首次提出了一个无双线性对的支持等式测试和临时授权的代理重加密方案,该方案同时实现了数据搜索、数据分享和临时授权的功能。我们详细介绍了该方案在云辅助车联网中的应用。该方案在帮助车联网用户检索数据和分享数据的同时,还允许用户限定数据分享的时间。首先,本文在随机谕言机模型下提出了支持等式测试和临时授权的代理重加密概念,并给出了相应的安全性证明。然后,本文对该方案进行了性能分析,即该方案在加密、解密、重加密以及等式测试过程中产生的计算开销和通信开销的比较。结果表明,本文所提出的无双线性对的支持等式测试和临时授权的代理重加密方案极大地降低了等式测试以及重加密过程中的计算开销。另外,仿真实验结果也表明该方案是有效和实用的。

关键词：代理重加密等式测试临时授权数据分享