基于身份的认证协议的理论及应用研究

论文摘要

认证是实现信息安全的基本手段,基于身份的密码体制作为一种公钥认证框架具有无公钥证书的优势,已成为传统公钥体制的有力替代。基于身份密码体制的认证协议具有重要的理论研究价值和广阔的应用前景。本文从理论和应用两个方面对基于身份的认证协议进行了研究。首先研究了两种基本认证模型:客户-服务器模型和客户-客户模型下基于身份的认证协议。然后结合理论研究成果,提出了具体应用场景下基于身份的认证协议。得到如下主要结果:1.提出了一种具有用户匿名性的基于身份的远程认证协议。协议将一种新提出的基于身份的签名算法和用户帐户索引的概念相结合,实现了认证性、用户匿名性和非否认性;相比于已有协议,减少了至少24.7%的用户运行时间和46.3%的信令开销。同时给出了随机预言机模型下的安全证明。2.利用椭圆曲线加法群构造了两个无双线性对的基于身份的认证密钥协商（ID-AK）协议。协议一基于除法性计算性Di?e-Hellman问题,首次实现了无双线性对的基于身份的隐式认证;协议二基于计算性Di?e-Hellman问题,最小化了消息交互次数。在随机预言机模型下证明了协议的安全性。两个协议提供完善安全性,并可实现不同管理域间的扩展;同时去除了双线性对,是已知最高效的ID-AK协议。3.提出了两个移动IP网络中基于身份的注册协议。协议一基于本文提出的认证会话密钥协商;协议二基于非时变的安全关联,以实现安全-效率折衷。两个协议利用盲签名去除了密钥托管,利用哈希函数去除了安全关联列表。相比于已有协议,新协议减少了至少19.4%的注册时延和11.6%的信令开销,同时具有强安全性和高效性。4.提出了一种无线传感器网络中基于身份的多用户广播认证协议IMBAS。IMBAS基于一种新的具有较短签名长度的签名算法vBNN-IBS和具有部分消息恢复的Schnorr签名,首次实现了同时具有强安全性、完善可扩展性和高效性的无线传感器网络多用户广播认证。5.给出了对一种已有高效无证书签名方案的替换公钥攻击,表明了在该方案中,攻击者可以通过替换签名者公钥伪造签名。进而提出了改进方案,在随机预言机模型下证明了改进方案具有存在性不可伪造性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 认证协议的基础知识
• 1.2.1 认证的基本概念
• 1.2.2 认证协议基本技术
• 1.3 协议安全性证明技术
• 1.3.1 形式化方法
• 1.3.2 可证明安全方法
• 1.4 基于身份的密码体制
• 1.4.1 基于身份的密码体制及发展
• 1.4.2 基于身份的签名方案与认证
• 1.5 基于身份认证协议的研究现状
• 1.5.1 研究进展
• 1.5.2 存在问题
• 1.6 本文主要工作和内容安排
• 第二章 理论基础
• 2.1 椭圆曲线
• 2.1.1 有限域上的椭圆曲线
• 2.1.2 椭圆曲线群运算
• 2.1.3 椭圆曲线上的困难问题
• 2.2 双线性对
• 2.2.1 基本定义及性质
• 2.2.2 Weil 对和Tate对
• 2.2.3 椭圆曲线的选取
• 2.2.4 双线性对的参数选择与执行效率
• 2.3 本章小结
• 第三章 具有有用用户匿名性的基于身份的远程认证协议
• 3.1 引言
• 3.1.1 问题描述
• 3.1.2 研究进展
• 3.2 通用系统模型
• 3.3 用户匿名的远程认证协议
• 3.3.1 一种基于身份的签名算法
• 3.3.2 协议描述
• 3.4 安全及性能分析
• 3.4.1 签名和认证协议的关系
• 3.4.2 安全分析
• 3.4.3 安全及性能比较
• 3.5 本章小结
• 附录一 安全证明
• A.1 方案转化
• A.2 安全证明
• 附录二 认证方案安全证明
• B.1 安全模型
• B.2 安全定义
• B.3 安全证明
• 第四章 无双线性对对的的基于身份的认证密钥协商
• 4.1 引言
• 4.2 安全模型
• 4.3 三次消息交互方案
• 4.3.1 方案描述
• 4.3.2 安全证明
• 4.3.3 安全-效率折衷
• 4.4 二次消息交互方案
• 4.4.1 方案描述
• 4.4.2 安全证明
• 4.5 不同管理域中的情形
• 4.6 性能比较
• 4.7 本章小结
• 第五章 基于身份的安全移动IP注册协议
• 5.1 引言
• 5.1.1 移动IP 机制
• 5.1.2 移动IP注册的安全要求
• 5.1.3 研究进展
• 5.2 方案描述
• 5.2.1 系统初始化
• 5.2.2 移动IP 安全注册
• 5.3 安全分析
• 5.4 安全及性能比较
• 5.5 本章小结
• 第六章 基于身份的无线传感器网络多用户广播认证协议
• 6.1 引言
• 6.1.1 无线传感器网络中的广播认证
• 6.1.2 研究进展
• 6.2 理论基础
• 6.2.1 BNN-IBS 签名算法
• 6.2.2 椭圆曲线密码体制在无线传感器网络中的应用
• 6.3 通用模型及设计原则
• 6.3.1 网络模型
• 6.3.2 攻击者模型
• 6.3.3 设计原则
• 6.4 方案描述
• 6.4.1 vBNN-IBS 算法
• 6.4.2 IMBAS：传感器网络中的多用户广播认证方案
• 6.5 安全和能耗分析
• 6.5.1 安全分析
• 6.5.2 性能分析
• 6.6 本章小结
• 第七章 无证书签名方案的研究
• 7.1 引言
• 7.2 无证书签名方案及安全模型
• 7.2.1 形式化定义
• 7.2.2 安全模型
• 7.3 对Goretla-Sexna 方案的攻击
• 7.3.1 方案描述
• 7.3.2 攻击描述
• 7.4 改进方案
• 7.4.1 方案描述
• 7.4.2 性能分析
• 7.4.3 安全性分析
• 7.5 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间的研究成果