摘要：由于移动卫星和移动用户的计算、存储和通信能力有限,解决移动卫星通信系统的安全和保密问题面临许多困难。根据移动卫星通信系统的实际情况,分析了系统的安全需求,基于UC安全模型定义了移动卫星通信系统认证密钥交换协议的理想函数,该理想函数保证了强安全性和实用性,并用于实际协议的设计。在移动用户和移动卫星通信网络控制中心之间,设计了一个简单、低计算复杂性的认证密钥交换协议,该协议涉及了较少的交互次数,认证协议计算负载仅仅需要利用伪随机函数、散列函数和与或计算。同时,基于UC安全模型,对新的协议进行了可证明安全分析。新协议的安全属性包括可用性、有效性、身份隐藏的可认证性、前向保密的密钥交换以及协议的模块化可复合性。

摘要：量子计算机的迅速发展使得基于经典数论困难问题建立的现代公钥密码体制安全性面临严峻的威胁,设立和部署可抵御量子计算机攻击的后量子公钥密码系统势在必行.基于环上误差学习问题并使用加密的构造方式,设计了一种后量子认证密钥交换(authenticated key exchange,AKE)协议.首先利用密文压缩技术,提出了一个IND-CPA安全的公钥加密方案.之后在此方案的基础上,使用Fujisaki-Okamoto变换技术,得到了一种IND-CCA安全的密钥封装机制.通过隐式认证方式,构造了一个后量子AKE协议.此协议在标准eCK模型下可证明安全并可以达到弱的完美前向安全.采用LWE测试器进行了安全性测试,该协议安全度为313 b.与其他基于格上困难问题设计的AKE协议相比,安全度较高且通信量较低,是一种更加简洁高效的后量子AKE协议.

摘要：提出一种模块化的扩展Canetti-Krawczyk模型(简称meCK模型)以摆脱认证密钥交换协议对随机预言机的依赖.首先将认证密钥交换协议划分为秘密交换模块和密钥派生模块,并分别形式化定义其攻击者的能力与安全属性;然后综合上述模块得到认证密钥交换协议的模块化安全模型,并证明所提出的安全定义蕴涵原始的扩展Canetti-Krawczyk安全.借助协议模块化分析的思想,设计了一种高效且在标准模型下可证明安全的认证密钥交换协议(简称UPS协议).在meCK模型下,UPS协议的安全性可有效归约到伪随机函数簇、目标抗碰撞Hash函数簇和GapDiffie-Hellman等标准密码学假设上.与其他标准模型下可证明安全的协议相比,UPS协议所需的密码学假设更弱、更标准,且指数运算次数降低了50%～67%.最后,UPS协议的构造与安全性验证了所提出的模块化方法的合理性和有效性,并解决了ProvSec09上的一个公开问题.

摘要：针对一个基于无线传感器网络的医疗监护系统的实际情况,分析了系统的安全需求.基于通用可组合安全模型,定义了医疗传感器网络认证密钥交换理想函数,该理想函数提供了强安全性和实用性.在传感器节点和基站之间,设计了一个通用可组合安全的认证密钥交换协议***-AKE协议使用伪随机函数原语实现.该协议提供匿名认证功能,并且具有前向安全性和并发安全性.新协议结构简单,通信量较低,节点端的计算负载较小.

摘要：远程医疗信息系统(telecare medical information systems, TMIS)极大程度地改善了患者的就医体验,已成为解决多样化医疗服务需求的可行方案.然而,当患者的隐私信息通过TMIS在公共网络上进行传输时容易遭受安全攻击.为保护患者的隐私,研究人员针对TMIS设计了大量的认证密钥交换协议,但已有协议大多存在无法抵抗离线字典攻击、用户冒充攻击、智能卡丢失攻击等安全隐患.针对上述问题,设计了一个基于椭圆曲线的认证密钥交换协议(TMIS-AKE),利用身份加密和随机化传输消息的方法实现用户的匿名性和不可追踪性.最后,通过安全性证明及性能分析,验证了TMIS-AKE协议在安全性和效率方面的优越性.

摘要：针对现有认证密钥交换协议计算复杂度高且无法抵抗量子攻击的问题,提出一种格上基于R-LWE问题的认证密钥交换协议。将基于R-LWE问题构造的KEM方案与带消息恢复功能的数字签名算法相结合实现认证性,并使用加密的构造方法代替Peikert式错误协调机制,获取随机均匀的会话密钥。分析结果表明,与BOS等人设计的协议相比,该协议计算复杂度较低,可大幅减少通信量,并且能够有效抵抗量子攻击。

摘要：传统的密钥交换协议通常假定合法通信双方都是可信的,然而很多现实应用都要求通信双方在互不信任的环境中执行认证密钥交换协议,为此本文提出了公平认证密钥交换(FAKE)的思想:除了具有一般认证密钥交换协议的基本特点外,通过客户在协议会话中预先植入"会话证据",使得在不揭示会话证据的前提下,合法通信双方均可以否认会话的发生;一旦客户方揭示会话证据,则协议会话记录就会与通信双方的身份绑定.该思想为解决网络服务中保护个人隐私与处理网络服务纠纷的矛盾提供了一种切实可行的技术解决思路.文中系统规划了公平认证密钥交换协议的形式化安全模型,纠正了Kudla关于并发签名公平性安全模型存在的错误之处,利用并发签名具体构造了一个公平认证密钥交换协议,并在随机预言模型(ROM)中证明了该协议满足mBJM-AK安全性、条件可否认性以及公平性.

摘要：针对量子计算机技术的迅速发展使得传统公钥密码体制的安全性面临严重威胁的现实性问题,提出一种新型的基于环上误差学习(RLWE)问题的后量子认证密钥交换协议。协议通过使用Peikert式误差协调机制,双方通过计算可直接得到均匀分布的共享比特值,从而使得通信双方得到相同的会话密钥。使用理想格上的解码基对协议正确性进行了分析,并设置合理参数从而保证协议双方以显著概率得到相同密钥值。该协议在BR(BellareRogaway)模型下可证明安全并达到弱的完美前向安全性。协议安全性归约为格上RLWE困难问题,可抵御量子攻击。与现有基于RLWE问题设计的认证密钥交换协议相比,该协议中参数值模数的大小由亚指数级降低至多项式级,相应计算量和通信量显著减小,是一种更加简洁高效的后量子认证密钥交换协议。

摘要：对基于证书的密钥协商协议的设计与分析进行了比较深入的研究,研究内容包括:可证明安全的基于证书的密钥协商协议以及一种新的可认证密钥协商协议。主要研究成果有:介绍了密钥协商协议的概念和安全特性;提出一个新的认证密钥交换协议AKE-1。AKE-1效率较高,并且在最新的eCK07模型下是安全的,证明基于随机预言假设和CDH假设。另外,基于AKE-1,提出一轮的变体(满足只有一个实体在线)和三轮的变体(提供密钥确认属性),以满足不同的应用。