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基于sm2密码算法的环签名方案的研究与设计

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通信技术 2021年第7期54卷 1721-1725页

作者：韩宝杰李子臣北京印刷学院北京102600

环签名算法种类很多,大多数算法设计基于双线性对或大素数难分解,在安全性和运算速度方面有待提高。与基于椭圆曲线离散对数相比,双线性对的优势并不明显,因为它无法运用一样长度的密钥提供同样的安全性能。为了能够提升方案的安全性以... 详细信息

环签名算法种类很多,大多数算法设计基于双线性对或大素数难分解,在安全性和运算速度方面有待提高。与基于椭圆曲线离散对数相比,双线性对的优势并不明显,因为它无法运用一样长度的密钥提供同样的安全性能。为了能够提升方案的安全性以及能够保证签名者身份的完全匿名性,基于sm2商用密码算法设计了一个新的环签名方案。利用单向函数设计签名算法,并对方案的安全性进行了严格证明,保证了新方案的正确性、安全性与隐匿性。

关键词： sm2密码算法椭圆曲线数字签名环签名匿名性

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抗功耗分析攻击的轻量级sm2算法硬件设计

抗功耗分析攻击的轻量级SM2算法硬件设计

作者：王永乐湖南大学

学位级别：硕士

现如今物联网设备正逐渐融入到人们的生活中,使得我们的生活变得更加便捷,如:智能摄像头、智能汽车、智能机器人等。但随着大量物联网设备出现,这给信息攻击者提供大量的窃听机会,这对物联网设备的安全芯片的安全性提出更为严格的要求... 详细信息

现如今物联网设备正逐渐融入到人们的生活中,使得我们的生活变得更加便捷,如:智能摄像头、智能汽车、智能机器人等。但随着大量物联网设备出现,这给信息攻击者提供大量的窃听机会,这对物联网设备的安全芯片的安全性提出更为严格的要求。因此,针对面向物联网设备的安全芯片,我们首先考虑其采用的密码算法安全性,接着是安全芯片的硬件资源成本,最后是安全芯片的性能。在设计中,若遇到安全性与资源冲突时,需增大硬件资源消耗以满足安全性;若遇到资源与性能冲突时,需牺牲性能以满足轻量级的要求。在众多密码算法中,我国自主开发的首款非对称密码算法——sm2密码算法正满足上述要求。在密码算法发展的同时,攻击者对密码算法攻击力度及手段也不断升级,以破译安全芯片获取信息。其中功耗分析攻击破译安全芯片的效率,对安全芯片威胁最大。因此,sm2密码算法的轻量级实现及抗功耗分析攻击能力的设计对物联网的发展有着巨大的推动力。本文分析了 sm2密码算法中公钥生成,即椭圆曲线上的点乘运算在遭受功耗分析攻击时的容易将私钥还原出来,成为sm2密码算法安全性的薄弱点。同时,椭圆曲线运算效率直接影响着sm2密码算法的性能,这也是sm2密码算法硬件实现的关键点。因此,本文针对面向物联网设备的安全芯片设计一款具有抗功耗分析攻击能力的轻量级sm2密码算法硬件电路。本文主要工作特色和创新点如下:采用自下而上的设计思想完成的硬件设计与功能仿真验证。为了提高算法安全性,本文提出二进制拓展Euclidean算法负模逆运算。并设计出了一款素数域模逆、负模逆兼容的运算模块,以降低硬件资源的消耗;采用坐标轴随机化处理方案改进了 Montgomery算法点乘运算同时具有错误注入攻击防护能力,并且联合Prime Time功耗分析工具与Matlab数据分析工具对设计改进Montgomery算法点乘运算进行功耗分析攻击测试,测试结果表明其具有抵抗攻击分析攻击能力。采用TsmC 28nm工艺库,在400MHz频率要求下完成逻辑综合,面积报告表明sm2密码算法核心运算逻辑面积约为31000μm2,这满足了轻量级的设计规格要求。对比同类型文献报道件资源消耗,本文设计的硬件电路降低了 70%的硬件资源消耗,突出了该电路轻量级的特点。

关键词： sm2密码算法素数域改进Montgomery算法点乘运算功耗分析攻击

可防御旁路攻击的sm2算法的硬件设计与实现

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可防御旁路攻击的SM2算法的硬件设计与实现

作者：周小华湖南大学

学位级别：硕士

人工智能、网络通信等技术在为人们的生活带来便利的同时,也引发了众多信息安全问题。密码算法作为密码技术的核心,是保证信息安全传输最有效的防护手段。sm2密码算法是我国自主研发的首款椭圆曲线密码算法,集成了安全性高、带宽要求低... 详细信息

人工智能、网络通信等技术在为人们的生活带来便利的同时,也引发了众多信息安全问题。密码算法作为密码技术的核心,是保证信息安全传输最有效的防护手段。sm2密码算法是我国自主研发的首款椭圆曲线密码算法,集成了安全性高、带宽要求低、时效高等众多优点,因此作为安全IP广泛地集成于密码芯片中。标量乘运算作为sm2密码算法协议层流程中的关键步骤,其运算过程涉及到重要的私钥信息,是目前密码芯片主流攻击手段——旁路攻击最主要的攻击目标,因此研究可有效防御旁路攻击的sm2密码算法标量乘运算电路对物联网时代信息传输的安全性具有重要意义。论文主要设计并实现既可防御功耗攻击（Power Attack,PA）又可防御故障攻击（Fault Attack,FA）的标量乘运算电路。本设计采用自下而上的思想进行实现。首先,对sm2密码算法底层模运算、椭圆曲线点群运算进行详细的原理分析及算法设计。接着基于对旁路攻击技术原理的分析提出一种基于改良版Double-and-Add算法的坐标轴随机化联合冗余校验点的防御方案,并基于此方案设计具有功耗分析攻击防御功能的基点加扰模块、具有故障注入防护功能的故障检测模块以及标量乘调控模块和坐标转化模块。最后在素数域中模运算的基础上设计了点加倍点运算实现的具体调度策略以及可防御旁路攻击的标量乘运算具体调度策略,基于调度表中步骤完成可防御旁路攻击的标量乘运算电路的具体硬件实现。为提高该算法电路对操作环境的适配度,电路对功耗攻击以及故障攻击防护做了使能控制,可根据当前运算环境的安全程度自主选择是否开启防护功能。在TsmC 28 nm工艺库及500 MHz时钟频率的条件下,使用Design Compiler工具对所实现的可防御旁路攻击的标量乘运算电路进行逻辑综合,结果显示无建立时间和保持时间的违例,电路总面积约为67450μm,门电路消耗约为134 K,相较于已有同类型文献中需消耗547 K门电路的标量乘防护电路,本设计降低了硬件资源的开销,具有更低的防御成本。

关键词： sm2密码算法标量乘运算防御功耗攻击防御故障攻击旁路攻击

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智能家居场景下基于sm2的门限群签名方案

计算机应用与软件 2022年第3期39卷 295-301页

作者：刘威马文平刘小雪西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室陕西西安710071

近几年来,智能家居产业和研发正在呈指数级增长,但传统的安全策略往往不适用于智能家居设备。由于目前智能家居设备普遍具有分散拓扑网络和自身资源受限的特点,智能家居设备在身份认证和密钥管理等方面存在巨大安全风险。针对以上问题,... 详细信息

近几年来,智能家居产业和研发正在呈指数级增长,但传统的安全策略往往不适用于智能家居设备。由于目前智能家居设备普遍具有分散拓扑网络和自身资源受限的特点,智能家居设备在身份认证和密钥管理等方面存在巨大安全风险。针对以上问题,提出一种新型的智能家居设备门限群签名方案。该方案将sm2密码算法和门限群签名技术相结合,可实现设备的安全可靠认证,并大大提高密钥在使用过程中的安全性。同时证明了系统的正确性和安全性,包括匿名性、可追踪性和保密性。最后对系统进行仿真测试,结果表明该在满足安全特性的前提下该系统表现出良好的性能。

关键词：智能家居 sm2密码算法门限签名群签名

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国产商用密码sm2应用研究

网络安全技术与应用 2022年第10期 22-25页

作者：王森国家信息中心信息与网络安全部北京100045

随着我国信息安全自主可控要求越来越高,sm2及相应的国产密码算法发挥了重要作用。目前sm2还存在应用不充分、管理不规范等问题。本文介绍了sm2算法的原理,详解了sm2应用实践。在身份鉴别应用中,利用sm2数字证书实现了用户和服务器的双... 详细信息

随着我国信息安全自主可控要求越来越高,sm2及相应的国产密码算法发挥了重要作用。目前sm2还存在应用不充分、管理不规范等问题。本文介绍了sm2算法的原理,详解了sm2应用实践。在身份鉴别应用中,利用sm2数字证书实现了用户和服务器的双向安全鉴别;在电子印章应用中,利用电子签章实现了电子文件权威认证;在可信计算中,利用可信根签名和信任链实现了可信系统部件状态的可信认证。

关键词： sm2密码算法身份鉴别电子印章可信计算

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基于区块链的智能家居访问控制方案研究

基于区块链的智能家居访问控制方案研究

作者：刘威西安电子科技大学

学位级别：硕士

在现代社会中,智能家居已经成为人们日常生活的一部分。为了营造一个良好的智能家居互联体系,为用户提供更多有价值的服务,通常需要将智能家居数据与外界进行共享。然而,在这些共享的数据中往往包含了大量的用户敏感隐私数据,目前仍然... 详细信息

在现代社会中,智能家居已经成为人们日常生活的一部分。为了营造一个良好的智能家居互联体系,为用户提供更多有价值的服务,通常需要将智能家居数据与外界进行共享。然而,在这些共享的数据中往往包含了大量的用户敏感隐私数据,目前仍然缺乏一套有效的智能家居数据访问控制方案来保证用户数据的安全,这将成为智能家居领域发展的瓶颈。目前,有超过九成的智能家居网络访问都是通过移动智能终端进行的。这些终端设备普遍存在网络拓扑分散且自身资源受限的特点,容易遭受外界的攻击造成密钥泄露。此外,传统的智能家居访问控制系统是集中式管理的,在访问控制决策过程中并不包括所有的参与者,数据所有者在访问策略的制定和决策过程中缺少话语权。这使数据请求者可以在未经数据提供者授权的情况下访问智能家居设备数据,存在越权访问的风险。区块链作为新兴的技术,具有去中心化、不可篡改和可溯源等特性,是一种有潜力解决智能家居隐私安全的技术。因此本文结合区块链技术和密码技术对智能家居数据的安全访问控制进行研究,实现对智能家居数据的安全高效访问控制。本文的研究工作主要包括以下内容:（1）针对智能家居设备在密钥使用和存储过程中的安全风险,结合国产密码sm2算法提出了一种适用于智能家居场景的门限群签名方案。在方案中密钥是分布式生成并存储的,密钥生成和签名过程都采用验证公式对分布式密钥和签名进行验证,保证了智能家居设备数字签名的安全性。通过安全分析证明该签名方案具有抗合谋攻击、匿名性和可跟踪性等安全特性。最后,进行性能分析和仿真实验表明该方案在计算开销和执行效率上都有较好的性能优势,可以很好的应用于智能家居场景。（2）针对目前智能家居的访问控制普遍由第三方授权机构管理且存在越权访问的问题,提出了一种基于区块链的智能家居BSH（Blockchain-based smart Home）访问控制方案。该方案在基于属性（ABAC）的访问控制模型的基础上进行扩展,将区块链技术应用到智能家居ABAC模型中来实现细粒度的访问控制。在方案中资源提供者先将资源的访问控制策略发布到区块链上,资源访问者想要访问该资源需要向区块链提交访问请求,并使用sm2门限签名处理交易提案,区块链中的背书Peer节点运行访问控制策略智能合约来决定是否授予访问权限。该方案可以保证资源提供者能够参与到访问控制的所有过程,避免由于第三方集中管理造成的越权访问风险。最后,在Hyperledger Fabric联盟链开发平台上对本文提出的方案进行仿真实验,结果表明BSH访问控制方案在智能家居场景下具有良好的适用性。

关键词：区块链智能家居访问控制门限群签名 sm2密码算法

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信息安全国际标准化热点和我国提案进展

信息技术与标准化 2015年第12期 39-41,46页

作者：许玉娜中国电子技术标准化研究院

研究了特定领域信息安全管理体系、轻量级密码算法、信息安全测评、云计算安全、虚拟化安全、隐私等目前国际信息安全标准工作中新兴的领域和值得关注的热点问题,并阐述了国产密码算法(sm2和sm3)、三元对等实体鉴别等我国提案的进展。

关键词：国际信息安全标准 sm2密码算法 sm3密码算法三元对等实体鉴别云计算安全