摘要：针对智能变电站远动通信安全问题及现有的安全体系公钥算法大多采用RSA算法的现状,设计了基于IEC 62351-3的安全解决方案。分析了传输层安全(TLS)握手协议的整个流程,计算了相应的处理时间;分析如何利用缓存机制解决TLS协议作为安全传输通道连接时间过长的问题。最后,提出了基于sm2密码体系的TLS协议在智能变电站远动通信中"长连接"与"短连接"相互配合的安全策略机制,并以江苏省调度同步数字体系通信网为例,通过OPNET仿真得到通信数据总的传输延时。实验证明,该方案能有效满足智能变电站运动通信数据安全性和实时性需求。

摘要：针对sm2算法软件效率低、硬件实现资源利用率低、可扩展性差的问题,提出了一种可重构的素域sm2算法优化方法。通过对sm2算法的深入分析,从不同计算阶段和计算特点着手,分别采用KOA快速乘法、快速模约减和Barrett算法实现推荐或任意参数的模乘运算,并优化改进基为4的扩展欧几里得算法加速模逆运算。然后,在标准射影坐标系下以蒙哥马利方法提高点乘运算效率,并优化了点加和倍点数据流,将运算周期缩短至12个时钟。同时,在FPGA内部实现了快速的坐标系转换。最后,设计实现了多sm2的并行调度管理,满足日益多样化的应用需求。实验结果分析表明,所优化的sm2充分利用了FPGA的资源,缩短了点乘周期,每秒计算次数最多较CPU(Intel i5-8300)高352.48倍,提高了计算性能和可扩展性。

摘要：为解决用户私钥安全问题,将秘密共享方法与边缘计算模式相结合,提出一种面向用户的、实用的私钥保护框架,并基于此框架设计针对国密sm2公钥密码的私钥保护方案,将用户的sm2私钥通过秘密共享分成两个私钥份额,分别由用户设备和边缘服务器持有.当用户使用Web3应用服务需要执行公钥密码算法时,用户设备和边缘服务器利用各自的私钥份额协同执行两方分布式sm2公钥密码算法,在无需恢复原始私钥的情况下完成密码运算.当用户设备或边缘服务器之一遭到攻击后,用户通过份额更新算法更新私钥份额,从而使存在泄漏风险的份额失效.实验测试结果表明,新方案的计算时长在现实环境中常用设备(手机、笔记本电脑)可接受的范围内.

摘要：国密sm2密码算法已经成为保障我国网络信息系统安全自主可控的关键技术.然而近期研究发现,sm2加密算法在实际部署应用时面临高效的算法替换攻击.该种攻击可以从当前的密文预测下一次加密所使用的随机数,从而可以在不知道解密密钥的情况下成功解密后续密文.密码逆向防火墙技术已被证实可以有效抵抗该种攻击,但其要求密文具有可重随机性,与sm2加密算法本身所具备的CCA(chosen-ciphertext attack)安全性相冲突.针对该问题,本文改进sm2加密算法,构造了具有RCCA(可重放CCA)安全性的公钥加密方案.该方案具有与sm2加密算法近似的安全性,且同时支持密文重随机操作,因此可以有效兼容密码逆向防火墙.方案的设计遵循Phan等提出的OAEP三轮构造范式,结合sm2加密算法进行改进,并在随机预言机模型下给出了严谨的安全证明.本文提出了首个基于国密算法的可重随机RCCA公钥加密方案,研究结果有助于提升sm2密码算法在实际应用中的安全性.

摘要：会话密钥(SessionSecretKey,SSK)可在远程实现各方之间的安全通信,在实际的开放网络部署中具有重要地位。传统SSK主要是基于公钥基础设施的认证密钥交换(Authenticated Key Exchange, AKE)协议构建的,因涉及证书的颁发、更新、撤销等繁琐操作,面临昂贵的计算、通信和存储开销。虽然基于标识(Identity, ID)的AKE(ID-AKE)协议可解决这个问题,但目前的大部分ID-AKE协议均基于国外密码算法设计,尚未见基于国产商用密码算法的ID-AKE协议在国内外刊物上正式发表,不符合我国密码核心技术自主可控的要求。sm2认证密钥交换(Authenticated Key Exchange From sm2, sm2-AKE)协议因具有高安全和高效率的特性,在商用密码中得到广泛应用。但证书管理开销问题仍未被解决,这将极大限制了sm2-AKE协议的应用与推广。文章于标识密码(Identity-based Cryptography, IBC)体系下采用类Schnorr签名密钥生成方法,基于sm2设计了一种标识认证密钥交换(sm2-ID-AKE)协议,并在CDH安全假设和随机谕言模型下证明了该协议的安全性。最后的理论分析和仿真实验结果表明,与现有的ID-AKE协议相比,文章协议至少节省66.67%的通信带宽和34.05%的计算开销,有效降低和减轻了系统的代价和负担,更能够适应网络通讯部署等领域下不同用户的安全通信服务需求。

摘要：作为由国家密码管理局公布的sm2椭圆曲线公钥密码算法的核心运算,模乘的实现好坏直接决定着整个密码芯片性能的优劣.Montgomery模乘算法是目前最高效也是应用最为广泛的一种模乘算法.本文基于Montgomery模乘算法,设计了一种高速,且支持双域(GF(p)素数域和GF(2m)二进制域)的Montgomery模乘器.提出了新的实现结构,以及一种新型的Wallace树乘法单元.通过对模块合理的安排和复用,本设计极大的缩小了时间消耗与硬件需求,节省了大量的资源.实现256位双域模乘仅需0.34μs.

摘要：加法同态加密是一种可对密文进行加法同态操作的加密方案,即对若干密文计算后再解密可以得到对应原始数据相加后的结果,加法同态已广泛应用于数据聚合、安全多方计算、联邦学习等领域.然而,现有的加法同态加密方案以国外设计为主,不符合网络空间安全自主可控的要求.针对这一问题,以DDH困难问题为基础,结合国密sm2和sm9设计了新的加法同态加密方案,并证明了它们具有INDCPA安全性.实验结果表明,在相同安全等级下,所提sm2加法同态加密方案的解密耗时大约仅为经典加法同态加密Exp-ElGamal方案的3/5,Paillier方案的1/8;sm9加法同态加密方案的解密耗时大约仅为Exp-ElGamal方案的3/4,Paillier方案的1/6.

摘要：为了保证电力数据的机密性、真实性和完整性,该文提出了一种新的电力数据安全接入方法。设计了一个基于sm2椭圆曲线数字签名算法和sm4分组密码算法的混合密码系统。异构边缘设备采集的数据被加密、签名,在经身份认证后由聚合节点转发到控制中心。每个边缘设备需约1.5 ms的计算开销,用来定期收集终端的电力数据并汇报给聚合节点,并执行1次sm4对称加密操作和1次sm2数字签名操作。该文方法生成公私钥仅需约3 ms。在相同安全级别下,在生成公私钥的计算开销方面,sm2的计算开销远小于RSA。通过安全性分析和仿真实验证明了该文方法可以防御多种面向电力数据的网络攻击,具备较高的传输效率。

摘要：sm2公钥密码在智能卡领域有广泛的应用,其运算中难以避免模逆运算,而模逆算法因为其具有幂指数级别的运算复杂度,成为制约sm2算法性能的一个重要瓶颈。以sm2算法公钥引擎为基础,巧妙地利用了已有的蒙哥马利乘法器结构,设计出了一种长度可伸缩的快速模逆算法。并复用已有模乘资源,给出了节省存储空间、不增加面积成本的硬件实现结构以及数据存储方案。其速度性能远远优于传统的费马小定理算法和扩展欧几里德算法,对比同类蒙哥马利模逆算法也有良好的性能。

摘要：随着无线通信技术的发展和智能终端的普及,越来越多的密码算法被应用到物联网设备中以保障通信安全和数据安全,其中,由国家密码管理局提出的sm2椭圆曲线公钥密码算法作为我国自主研发的椭圆曲线公钥密码算法具有安全性高、密钥短的优点,已在通信系统中广泛部署,应用于身份认证、密钥协商等关键环节。然而,由于算法涉及有限域上的大整数运算,计算开销较大,在低功耗嵌入式平台下的执行严重影响用户体验。因此,面向ARM-m系列处理器提出了一种低功耗嵌入式平台的sm2算法的高效实现方案。具体来说,通过Thumb-2指令集提供的支持处理进位和节省寻址周期,对大整数的模加、模减等基础运算进行优化,并结合平台可用寄存器的数量构建高效的基础运算模块;基于ARM-m系列处理器乘累加指令周期短的特点,优化蒙哥马利乘法实现,并结合CIOS算法设计高效的模乘方案,方案不再局限于梅森素数,极大地提高了模乘计算的速度和灵活性;在理论分析和实验测试的基础上,给出了嵌入式平台上多倍点标量乘法w NAF滑动窗法的窗长选取方法。实验测试结果表明,可有效提升资源受限的低功耗嵌入式平台中sm2算法的计算效率,不做预计算的情况下在Cortex-M3处理器上测试签名速度可达0.204秒/次,验签速度0.388秒/次,加密速度0.415秒/次,解密速度0.197秒/次。