基于身份的可随时间更新密钥的加密方案

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基于身份的密码体制由于其自身独特的优点.在近几年中己经引起了大量的关注和高度的重视,并迅速发展.该密码体制不使用任何证书,而是直接把有关用户身份的唯一信息(例如用户的移动号码,电子邮箱地址,姓名等)作为用户的公开密钥,以此简化传统公钥密码系统中的密钥管理过程,减少建立公钥基础设施的成本.这意味着在基于身份的加密方案中,有权访问系统公共参数的发件人可以使用例如收件人的姓名或者电话号码的文本值作为公钥来加密消息.在一个公钥加密体系中,要注意保护会话密钥安全,防止其暴露.一旦会话密钥被暴露,则在该系统的有效使用期间内所有使用这个系统进行加密的消息都会变得不安全.本文首先构造了在随机预言机模型下,格上基于身份的可随时间更新密钥的加密方案.该方案的困难性基于LWE(Learning With Errors)问题.本方案的有效使用期被分为若干个互不相交的时间区间.方案使用用户身份和各个时间区间生成每个用户在各个时间区间的公钥,使用主私钥和格基委托算法BasisDel生成每个用户在每个时间区间的私钥.这样,每一个用户在各个时间区间便拥有不同的公私钥对.此外,即使当前时间区间的密钥泄露,敌手也不会得到其他时间区间的密钥,不会暴露其他时间区间的会话内容.并且从由BasisDel算法得到的用户私钥中很难恢复出主私钥,这可以更好地保护主私钥.之后,将上述方案扩展到标准模型下基于身份的可随时间更新密钥的加密方案.基于身份的密码体制虽然避免了证书管理.但却带来了其他的问题,其中一个就是密钥托管问题.如果私钥生成器受到威胁,则会导致在该服务器使用的密钥的有效期内受保护的所有消息也受到损害,这使得私钥生成器成为敌手的高价值目标.门限密码技术能够预防单个私钥生成器独自完全占有密钥而导致权力过于集中的问题,能够把密钥托管问题所带来的弊端的风险降低.门限密码技术是秘密共享算法与密码算法的有效结合,核心想法是将一个秘密分散到一个群体中,而不是分给一个个体.基于上述所构建的加密方案,本文使用Shamir秘密共享算法,构建了一个基于身份的可随时间更新密钥的(k,l)门限解密方案.与对用户私钥进行分片不同,该方案对一个随时间更新的公开参数使用Shamir秘密共享算法进行分片,将得到的l个分片分别分给l个解密服务器.通过使用原象取样算法SamplePre,利用这些公共分片和用户私钥得到l个私钥分片.这样可以防止超过k个恶意的解密服务器串通后获得用户私钥,有效地隐藏了用户的私钥,使其更加安全,增强了系统的安全性.本文一共四章.第一章简单介绍基于身份的加密方案和门限解密方案的发展背景及本文主要工作;第二章介绍预备知识;第三章构造基于身份的可随时间更新密钥的加密方案和门限解密方案,并给出安全性证明;第四章总结本文的工作。
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