Шифрование на основе личности - Identity-based encryption

Шифрование на основе идентификатора, или же шифрование на основе личности (МБП), важный примитив Криптография на основе ID. Таким образом, это тип шифрование с открытым ключом в которой открытый ключ пользователя - это некоторая уникальная информация о личности пользователя (например, адрес электронной почты пользователя). Это означает, что отправитель, имеющий доступ к общедоступным параметрам системы, может зашифровать сообщение, например, текстовое значение имени получателя или адреса электронной почты в качестве ключа. Получатель получает свой ключ дешифрования от центрального органа, которому необходимо доверять, поскольку он генерирует секретные ключи для каждого пользователя.

Шифрование на основе идентификатора было предложено Ади Шамир в 1984 г.^[1] Однако он смог дать только экземпляр подписи на основе личности. Шифрование на основе идентификационной информации оставалось открытой проблемой на протяжении многих лет.

В спаривание -основан Схема Боне-Франклина^[2] и Схема шифрования Кокса^[3] на основе квадратичные вычеты оба решили проблему IBE в 2001 году.

использование

Системы на основе идентичности позволяют любой стороне сгенерировать открытый ключ из известного значения идентичности, такого как строка ASCII. Доверенная третья сторона, называемая Генератор закрытых ключей (PKG), генерирует соответствующие закрытые ключи. Для работы PKG сначала публикует главный открытый ключ и сохраняет соответствующие главный закрытый ключ (именуемый мастер ключ). Учитывая главный открытый ключ, любая сторона может вычислить открытый ключ, соответствующий идентичности, путем объединения главного открытого ключа со значением идентичности. Чтобы получить соответствующий закрытый ключ, сторона, уполномоченная использовать личность Я БЫ связывается с PKG, которая использует главный закрытый ключ для генерации закрытого ключа для идентификации Я БЫ.

В результате стороны могут шифровать сообщения (или проверять подписи) без предварительного распределения ключей между отдельными участниками. Это чрезвычайно полезно в случаях, когда предварительное распространение аутентифицированных ключей неудобно или невозможно из-за технических ограничений. Однако для расшифровки или подписи сообщений авторизованный пользователь должен получить соответствующий закрытый ключ из PKG. Предостережение этого подхода заключается в том, что PKG должна пользоваться высоким доверием, поскольку она способна генерировать закрытый ключ любого пользователя и, следовательно, может расшифровывать (или подписывать) сообщения без авторизации. Поскольку закрытый ключ любого пользователя может быть сгенерирован с использованием секрета третьей стороны, эта система имеет встроенные условное депонирование ключей. Было предложено несколько вариантов систем, которые удаляют условное депонирование, включая шифрование на основе сертификатов,^[4] криптография с секретным ключом^[5] и криптография без сертификатов.^[6]

Соответствующие шаги изображены на этой диаграмме:

Шифрование на основе идентификатора: шаги в автономном и онлайн-режиме

Структура протокола

Дэн Бонех и Мэтью К. Франклин определил набор из четырех алгоритмов, которые образуют полную систему IBE:

Настраивать: Этот алгоритм запускается PKG один раз для создания всей среды IBE. Главный ключ хранится в секрете и используется для получения закрытых ключей пользователей, в то время как системные параметры становятся общедоступными. Он принимает параметр безопасности ${ displaystyle textstyle k}$ (т.е. двоичная длина ключевого материала) и выводит:

Множество ${ displaystyle textstyle { mathcal {P}}}$ параметров системы, включая пространство сообщений и пространство зашифрованного текста ${ displaystyle textstyle { mathcal {M}}}$ и ${ displaystyle textstyle { mathcal {C}}}$ ,
мастер-ключ ${ displaystyle textstyle K_ {m}}$ .

Извлекать: Этот алгоритм запускается PKG, когда пользователь запрашивает свой закрытый ключ. Обратите внимание, что проверка подлинность отправителя запроса и безопасную транспортировку ${ displaystyle textstyle d}$ это проблемы, с которыми протоколы IBE не пытаются справиться. Принимает на вход ${ displaystyle textstyle { mathcal {P}}}$ , ${ displaystyle textstyle K_ {m}}$ и идентификатор ${ displaystyle textstyle ID in left {0,1 right } ^ {*}}$ и возвращает закрытый ключ ${ displaystyle textstyle d}$ для пользователя ${ displaystyle textstyle ID}$ .
Зашифровать: Берет ${ displaystyle textstyle { mathcal {P}}}$ , сообщение ${ displaystyle textstyle m in { mathcal {M}}}$ и ${ displaystyle textstyle ID in left {0,1 right } ^ {*}}$ и выводит шифрование ${ displaystyle textstyle c in { mathcal {C}}}$ .
Расшифровать: Принимает ${ displaystyle textstyle d}$ , ${ displaystyle textstyle { mathcal {P}}}$ и ${ displaystyle textstyle c in { mathcal {C}}}$ и возвращается ${ displaystyle textstyle m in { mathcal {M}}}$ .

Ограничение правильности

Чтобы вся система работала, нужно постулировать следующее:

${ displaystyle forall m in { mathcal {M}}, ID in left {0,1 right } ^ {*}: Расшифровать left (Извлечь left ({ mathcal {P}}) , K_ {m}, ID right), { mathcal {P}}, Зашифровать left ({ mathcal {P}}, m, ID right) right) = m}$

Схемы шифрования

Наиболее эффективные схемы шифрования на основе идентификации в настоящее время основаны на билинейные пары на эллиптические кривые, такой как Weil или же Тейт пары. Первая из этих схем была разработана Дэн Бонех и Мэтью К. Франклин (2001), и исполняет вероятностное шифрование произвольных зашифрованных текстов с использованием Эльгамал -подобный подход. Хотя Схема Боне-Франклина является доказуемо безопасный доказательство безопасности опирается на относительно новые предположения о сложности задач в некоторых группах эллиптических кривых.

Другой подход к шифрованию на основе личности был предложен Клиффорд Кокс в 2001 году. Схема петухов МБП основан на хорошо изученных предположениях ( предположение о квадратичной остаточности ), но шифрует сообщения по одному бит за раз с высокой степенью расширение зашифрованного текста. Таким образом, это крайне неэффективно и непрактично для отправки всех сообщений, кроме самых коротких, таких как ключ сеанса для использования с симметричный шифр.

Третий подход к IBE - использование решеток.

Алгоритмы шифрования на основе личности

Ниже перечислены практические алгоритмы шифрования на основе идентификации.

Бонех – Франклин (BF-IBE).
Сакаи – Касахара (СК-ИБП).^[7]
Бонех – Бойен (BB-IBE).^[8]

Все эти алгоритмы имеют доказательства безопасности.

Шифрование без сертификата аутентификации

Преимущества

Одним из основных преимуществ любой схемы шифрования на основе идентичности является то, что при наличии только конечного числа пользователей после выдачи ключей всем пользователям секрет третьей стороны может быть уничтожен. Это может произойти, потому что эта система предполагает, что после выдачи ключи всегда действительны (поскольку в этой базовой системе отсутствует метод отзыв ключа ). Большинство производных этой системы, у которых есть отзыв ключа, теряют это преимущество.

Более того, поскольку открытые ключи являются производными от идентификаторов, IBE устраняет необходимость в инфраструктуре распределения открытых ключей. В подлинность открытых ключей гарантируется неявно, пока передача закрытых ключей соответствующему пользователю сохраняется в безопасности (подлинность, честность, конфиденциальность ).

Помимо этих аспектов, IBE предлагает интересные функции, связанные с возможностью кодирования дополнительной информации в идентификаторе. Например, отправитель может указать дату истечения срока действия сообщения. Он добавляет эту временную метку к фактическому получателю (возможно, используя некоторый двоичный формат, например X.509). Когда получатель связывается с PKG, чтобы получить закрытый ключ для этого открытого ключа, PKG может оценить идентификатор и отклонить извлечение, если срок действия истек. Как правило, встраивание данных в идентификатор соответствует открытию дополнительного канала между отправителем и PKG с гарантией аутентичности за счет зависимости закрытого ключа от идентификатора.

Недостатки

Если генератор закрытого ключа (PKG) скомпрометирован, все сообщения, защищенные в течение всего срока службы пары открытый-закрытый ключ, используемой этим сервером, также будут скомпрометированы. Это делает PKG важной целью для злоумышленников. Чтобы ограничить уязвимость из-за взлома сервера, пара основных закрытых и открытых ключей может быть обновлена новой независимой парой ключей. Однако при этом возникает проблема управления ключами, когда все пользователи должны иметь самый последний открытый ключ для сервера.
Поскольку генератор закрытых ключей (PKG) генерирует закрытые ключи для пользователей, он может расшифровать и / или подписать любое сообщение без авторизации. Это означает, что системы IBS не могут использоваться для неотречение. Это может не быть проблемой для организаций, которые размещают свои собственные PKG и готовы доверять своим системным администраторам и не требуют отказа от авторства.
Проблема неявного депонирования ключей не существует с текущим PKI система, в которой закрытые ключи обычно генерируются на компьютере пользователя. В зависимости от контекста депонирование ключей может рассматриваться как положительная особенность (например, внутри предприятий). Было предложено несколько вариантов систем, которые удаляют условное депонирование, включая шифрование на основе сертификатов, секретный обмен, криптография с секретным ключом и криптография без сертификатов.
Безопасный канал между пользователем и генератором закрытых ключей (PKG) необходим для передачи закрытого ключа при присоединении к системе. Здесь SSL -подобное подключение - распространенное решение для крупномасштабной системы. Важно отметить, что пользователи, которые имеют учетные записи в PKG, должны иметь возможность аутентифицировать себя. В принципе, этого можно добиться с помощью имени пользователя, пароля или пар открытых ключей, управляемых на смарт-картах.
Решения IBE могут полагаться на криптографические методы, которые небезопасны от взлома кода. квантовый компьютер атаки (см. Алгоритм Шора )

Смотрите также

внешняя ссылка

[iseca.org-1] Ади Шамир, Криптосистемы на основе удостоверений и схемы подписи. Достижения в криптологии: материалы CRYPTO 84, конспекты лекций по компьютерным наукам, 7:47--53, 1984

[2] Дэн Боне, Мэтью К. Франклин, Шифрование на основе личности от пары Вейля Достижения в криптологии - Труды CRYPTO 2001 (2001)

[3] Клиффорд Кокс, Схема шифрования на основе идентификаторов, основанная на квадратичных остатках, Материалы 8-й Международной конференции IMA по криптографии и кодированию, 2001

[4] Крейг Джентри Шифрование на основе сертификатов и проблема отзыва сертификата Достижения в криптологии - Труды EUROCRYPT 2003 (2003)

[5] Ли, Пёнчхон; Бойд, Колин; Доусон, Эд; Ким, Кванджо; Ян, Чонмо; Ю, Сынджэ (2004). Выпуск безопасного ключа в криптографии на основе идентификатора. Конференции ACS по исследованиям и практике в области информационных технологий - Материалы второго австралийского семинара по информационной безопасности - AISW 2004. CiteSeerX 10.1.1.6.337.

[6] С.С. Аль-Риями, К.Г. Патерсон Криптография открытого ключа без сертификатов Достижения в криптологии - Труды ASIACRYPT 2003 (2003)

[7] Сакаи, Рюичи; Касахара, Масао (2003). «Криптосистемы на основе ID с сопряжением по эллиптической кривой» (PDF). Криптография ePrint Archive. 2003/054.

[8] Бонех, Дэн; Бойен, X (2004). «Эффективное шифрование на основе безопасной идентификации с селективной идентификацией без случайных оракулов». LNCS. Достижения в криптографии - EUROCRYPT 2004. Springer-Verlag. 3027: 223–238. Дои:10.1007/978-3-540-24676-3_14. ISBN 978-3-540-21935-4.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]