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基于国密sm2算法的车联网无证书隐私保护认证协议

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北方工业大学学报 2024年第2期 33-44页

作者：张键红崔鑫焱董成鹤北方工业大学信息学院

作为大多数智能交通系统的基础，车载自组网(Vehicular Ad-Hoc Network, VANET)能够有效改善交通管理和提升道路安全性，因此受到广泛关注。然而，由于无线通信环境的开放性，VANET中的各个节点易遭受隐私泄露攻击。许多条件隐私保护认... 详细信息

作为大多数智能交通系统的基础，车载自组网(Vehicular Ad-Hoc Network, VANET)能够有效改善交通管理和提升道路安全性，因此受到广泛关注。然而，由于无线通信环境的开放性，VANET中的各个节点易遭受隐私泄露攻击。许多条件隐私保护认证(Conditional Privacy-Preserving Authentication, CPPA)协议被提出来解决隐私泄露问题，但这些协议主要基于传统的签名算法，这使得它们存在复杂的证书管理或密钥托管问题。为解决以上问题，本文以国密sm2签名算法为基础提出了一种适合VANET环境中无证书条件隐私保护认证协议，该协议在降低了通信开销的同时也避免了证书管理和密钥托管问题。此外，协议还保证了当出现恶意车辆用户时，可信中心可以追踪用户的真实身份并撤销该用户。安全证明和分析表明该协议具有较高的安全性并且满足消息完整性、匿名性、可追踪性和可撤销性等安全要求。最后，与最近的三种同类隐私协议对比，仿真实验结果表明该协议在通信量和计算量上优于其他方案。

关键词：车载自组网匿名性隐私保护无证书 sm2算法批量验证

支持批量证明的sm2适配器签名及其分布式扩展

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软件学报 2024年第5期35卷 2566-2582页

作者：涂彬彬陈宇山东大学网络空间安全学院山东青岛266237 密码科学技术全国重点实验室北京100878 密码技术与信息安全教育部重点实验室(山东大学) 山东青岛266237 山东区块链研究院山东济南250001 泉城实验室山东济南250014

适配器签名,又称无脚本脚本,是解决区块链应用(如密码货币)中扩展性差、吞吐量低等问题的重要密码技术.适配器签名可看作数字签名关于困难关系的扩展,同时具有签名授权和证据提取两种功能,在区块链应用中具有以下优点:(1)降低链上成本;... 详细信息

适配器签名,又称无脚本脚本,是解决区块链应用(如密码货币)中扩展性差、吞吐量低等问题的重要密码技术.适配器签名可看作数字签名关于困难关系的扩展,同时具有签名授权和证据提取两种功能,在区块链应用中具有以下优点:(1)降低链上成本;(2)提高交易的可替代性;(3)突破区块链脚本语言限制.sm2签名是我国自主设计的国家标准签名算法,在各种重要信息系统中有着广泛应用.基于sm2签名构造出高效的适配器签名方案,并在随机谕言机模型下给出安全性证明.所提方案结合sm2签名结构,可避免在预签名阶段生成额外的零知识证明,与现有ECDSA/sm2适配器签名相比更加高效,其中,预签名生成效率提升4倍,预签名验证效率提升3倍.随后,基于sm2协同签名,构造分布式sm2适配器签名,可避免单点故障问题,提升签名私钥安全.最后,在实际应用方面,基于sm2适配器签名构造适用于一对多场景下安全高效的批量原子交换协议.

关键词： sm2算法适配器签名分布式适配器签名区块链原子交换

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基于国密sm2算法的证书透明日志系统设计

信息网络安全 2023年第11期23卷 9-16页

作者：陈立全薛雨欣江英华朱雅晴东南大学网络空间安全学院南京211189 西藏民族大学信息工程学院咸阳712082

证书透明日志系统具有广泛应用前景,但当前的证书透明日志系统多采用存在一定局限性的RSA算法和ECC算法,且无法识别基于国密算法的SSL证书。文章提出了一种基于国密sm2算法的证书透明日志系统设计方法,采用sm2算法生成日志系统签名密钥... 详细信息

证书透明日志系统具有广泛应用前景,但当前的证书透明日志系统多采用存在一定局限性的RSA算法和ECC算法,且无法识别基于国密算法的SSL证书。文章提出了一种基于国密sm2算法的证书透明日志系统设计方法,采用sm2算法生成日志系统签名密钥和数字签名证书透明日志数据,采用sm3算法作为系统的摘要算法来计算日志签名数据的哈希值,实现支持国密SSL证书的证书透明日志系统,用于保障国密SSL证书的安全可信。

关键词：证书透明日志系统国密SSL证书国密HTTPS加密 sm2算法

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国密sm2算法硬件实现与安全性研究

国密SM2算法硬件实现与安全性研究

作者：陈湛湛黑龙江大学

学位级别：硕士

信息安全领域逐渐成为人们关注的重点,硬件实现的密码算法被广泛地应用在生活、工业和金融领域。2010年我国颁布了sm2算法,然而基于椭圆曲线的传统加密算法在硬件实现时可能存在安全漏洞,攻击者可以通过侧信道攻击破解密钥,对sm2算法造... 详细信息

信息安全领域逐渐成为人们关注的重点,硬件实现的密码算法被广泛地应用在生活、工业和金融领域。2010年我国颁布了sm2算法,然而基于椭圆曲线的传统加密算法在硬件实现时可能存在安全漏洞,攻击者可以通过侧信道攻击破解密钥,对sm2算法造成了巨大威胁。为了满足实际应用需求,本文采用硬件设计实现具有高安全性能的sm2算法。首先,对sm2算法进行层次划分,针对不同模块提出相应设计方案。提出并行高阶Montgomery算法实现模乘运算,改进的模乘运算仅需40个时钟周期左右。对模逆运算使用almost蒙哥马利算法实现,充分利用模乘模块,降低资源消耗。对点加和倍点运算使用改进的原子化算法实现,可以有效抵抗简单功耗分析,并减少40%以上的运算量。对标量乘运算提出预计算NAF随机窗口算法,运算时间缩短、安全性能提高,可以有效抵抗差分能量分析等攻击;同时引入变换公式法,在一定程度上提高算法安全性。其次,围绕优化实现的sm2算法进行功能验证,提出软件仿真、板机验证、任意参数验证和验签算法4种验证方案。最后,针对优化实现的sm2算法展开安全性能验证。搭建功耗采集平台,设计实现简单功耗分析、差分能量分析和基尼不纯度指数功耗攻击3种侧信道攻击对算法进行安全性评估。综合验证表明,sm2算法功能正确、验证工作充足,功耗曲线均匀一致,密钥假设值的相关系数均在±0.05之间、1-Gini＿index值均在0.145～0.165之间,可以有效抵抗简单功耗分析等侧信道攻击。基于SAKURA-G开发板测试,最高时钟频率可达到67.225MHz,使用寄存器13737个,签名速度为385次/秒。

关键词： sm2算法侧信道攻击硬件实现功能验证安全性能验证

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抗简单功耗攻击的sm2原子算法

计算机研究与发展 2016年第8期53卷 1850-1856页

作者：韩晓薇乌力吉王蓓蓓王安清华大学微电子学研究所北京100084

sm2算法是中国国家密码管理局颁布的商用椭圆曲线公钥密码标准算法.传统密码算法通常存在安全漏洞,攻击者往往针对算法中的安全薄弱环节展开攻击,分析提取密钥,对密码系统和人们的财产安全构成很大威胁.功耗攻击是最常见的攻击方式,它... 详细信息

sm2算法是中国国家密码管理局颁布的商用椭圆曲线公钥密码标准算法.传统密码算法通常存在安全漏洞,攻击者往往针对算法中的安全薄弱环节展开攻击,分析提取密钥,对密码系统和人们的财产安全构成很大威胁.功耗攻击是最常见的攻击方式,它具有较小密钥搜索空间及较高分析效率等诸多优点.功耗攻击利用密码算法运行过程中的功耗泄漏,采集功耗曲线分析恢复得到密钥.为有效抵抗功耗攻击,提高sm2算法安全性,参考国际椭圆曲线密码算法,将原子概念运用到sm2中,提出一种新型结构的原子算法.经理论分析,在运算量方面相比基本算法降低了27.4%,并且均低于已有的原子算法.经由SAKURA-G FPGA仿真验证结果表明,能够成功抵抗简单功耗攻击.

关键词： sm2算法密码系统功耗攻击椭圆曲线密码算法原子算法

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sm2算法软件实现的安全性分析与防护

计算机应用研究 2021年第9期38卷 2811-2815页

作者：王腾飞张海峰许森上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240 北京智芯微电子科技有限公司北京100192 观源(上海)科技有限公司上海200241

国家商用密码标准sm2是以椭圆曲线密码学为基础的公钥密码体制,在软件实现的过程中可能面临敏感数据侧信道泄露的风险。为了提高sm2算法在实际应用中的安全性,针对基于多精度整数和有理算术C语言库(MIRACL)的sm2软件实现,利用缓存计时... 详细信息

国家商用密码标准sm2是以椭圆曲线密码学为基础的公钥密码体制,在软件实现的过程中可能面临敏感数据侧信道泄露的风险。为了提高sm2算法在实际应用中的安全性,针对基于多精度整数和有理算术C语言库(MIRACL)的sm2软件实现,利用缓存计时攻击方法进行了分析。提出监测地址的选取策略,尽可能避免因缓存块大小、时间精度以及数据预取技术带来的误差,并根据泄露点提出改进的固定时长防护方案。实验表明,在以同样方式实施的缓存计时攻击条件下,固定时长的标量乘函数比MIRACL库提供的标量乘函数能够更好地保护sm2中的敏感数据。说明基于MIRACL函数库实现的sm2算法需要采取必要的防护手段,才能具备抵御缓存计时攻击的安全性。

关键词： sm2算法缓存计时攻击 MIRACL函数库椭圆曲线密码

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sm2算法快速实现研究

SM2算法快速实现研究

作者：孙宏健电子科技大学

学位级别：硕士

sm2椭圆曲线密码算法是我国于2010年公布的国家商用密码标准之一。它包括数字签名、密钥协商、加密等三部分。sm2算法中选取的椭圆曲线参数为256bit长度整数,使得sm2算法中的标量乘运算的计算复杂度较高,因此sm2密码算法的软硬件快速实... 详细信息

sm2椭圆曲线密码算法是我国于2010年公布的国家商用密码标准之一。它包括数字签名、密钥协商、加密等三部分。sm2算法中选取的椭圆曲线参数为256bit长度整数,使得sm2算法中的标量乘运算的计算复杂度较高,因此sm2密码算法的软硬件快速实现对于该标准的普及具有重要意义。本文围绕椭圆曲线上的标量乘的快速计算,对sm2算法的快速实现进行研究,研究工作主要包括以下三个方面:（1）本文在滑动窗法的基础上,提出了一种改进的标量乘算法。改进算法对标量k的展开系数采用窗口宽度为w的非邻接形式展开,当窗口宽度为w时,k的展开系数最大为2w-1,滑动窗法需要预计算奇数倍点并存储才能完成标量乘法的计算。本文采用预计算并存储素数倍点的方式,相比滑动窗法,减少了预计算阶段的计算量。当k的长度为256 bit时,本文改进的标量乘算法相比滑动窗法减少了14.52%的计算量。（2）在大整数的模乘计算方面,本文对二进制Montgomery模乘算法进行优化改进,在模乘算法的核心循环计算中使用两个二进制的变量α0=（s0+aj·b0）mod 2和α1=aj作为标志位。对每次循环输入的aj,只需进行且运算、模2运算和移位计算即可完成原算法3次的乘法。同时,改进算法中还避免了Montgomery模乘算法中最后一步的减法计算。二进制的标志位也更易于在FPGA等硬件上的实现。（3）本文基于GmSSL开源库中的sm2算法,对提出的两种优化算法进行了编程实现,对使用本文两种改进算法的sm2加密算法与原始的sm2加密算法分别进行签名、验签及加解密验证。sm2算法的签名、验签的效率提高了 39%以上,加解密效率提高超过了 15%。

关键词： sm2算法椭圆曲线密码体制标量乘法 Montgomery模乘算法

一种基于sm2算法的微信小程序防伪溯源系统的设计

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网络安全技术与应用 2023年第11期 59-61页

作者：张金霜广东茂名幼儿师范专科学校广东525000

为提高农产品溯源信息的安全性,设计一种利用国密sm2算法对溯源信息进行加解密的系统。服务端利用sm2算法的私钥对溯源明文信息进行加密及存储,客户端采用微信小程序方式并使用对应公钥进行解密及结果展示。小程序具有无须安装卸载、普... 详细信息

为提高农产品溯源信息的安全性,设计一种利用国密sm2算法对溯源信息进行加解密的系统。服务端利用sm2算法的私钥对溯源明文信息进行加密及存储,客户端采用微信小程序方式并使用对应公钥进行解密及结果展示。小程序具有无须安装卸载、普及度高、可查看企业认证等特点,可降低用户使用溯源系统的难度,提升用户对系统的信任度。实验仿真表明,该系统具备一定的防篡改、抗伪造、抗重放攻击等能力。

关键词： sm2算法微信小程序抗伪造

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两种分布式sm2/9算法应用

密码学报 2020年第6期7卷 826-838页

作者：涂彬彬王现方张立廷成都卫士通信息产业股份有限公司摩石实验室北京100070

sm2和sm9算法是我国自主设计、具有独特优势的安全高效的密码算法,有效支撑了我国信息安全体系建设,推动了商用密码的发展.本文在系统调研安全多方计算基本思想的基础上,归纳了三种基于同态加密的乘法运算,并进一步扩展,对sm2签名算法和... 详细信息

sm2和sm9算法是我国自主设计、具有独特优势的安全高效的密码算法,有效支撑了我国信息安全体系建设,推动了商用密码的发展.本文在系统调研安全多方计算基本思想的基础上,归纳了三种基于同态加密的乘法运算,并进一步扩展,对sm2签名算法和sm9的密钥生成进行分布式门限化设计.本文设计的方案可达到门限值最优,采用广播信道传输消息,通信效率较高;多个参与方协同完成sm2的签名操作和sm9的用户密钥生成,减少了单点私钥丢失或泄露导致密码系统可用性和安全性受损的风险,为sm2/9算法的分布式应用提供了参考.

关键词： sm2算法 sm9算法多方安全计算同态加密门限签名