基于身份的密码体制及其在电子选举协议中的应用

论文摘要

基于身份的密码体制是近几年来密码学中受关注比较多的一个分支。在这个体制中,公钥是用户的身份信息本身,比如身份证号、电子邮件地址等等。如果用户之间进行相互通信,只需要知道对方的身份信息即可完成。在传统的公钥密码学体制下,私钥生成过程要求所有公钥必须随机化,而在认证过程中我们又必须把一个主体的公钥与他的身份信息结合起来。对目前应用比较广泛的公钥基础设施(PKI)来说,建立这样的CA认证机构的成本和复杂程度是非常高的,导致其在应用方面存在一定的困难。而和传统的公钥密码体制相比,基于身份的密码体制可以减少认证机构的投资并减轻管理证书的负担。在基于身份的密码体制中,用户的公钥是可以由用户的身份直接求得的,这使得用户在发送消息的时候,仅需知道接受者的身份,而不必获得接受者的公钥证书。因此,基于身份的密码体制就不需要PKI中庞大的证书维护系统,从而大大降低了系统的开销,更适合在电子选举、电子商务等实际环境中应用。本文主要对基于身份的密码体制的特点进行了研究和应用。首先,分析了基于身份的密码体制的四个基本组成算法:参数建立、私钥提取、加密以及解密。该体制算法中的关键部分是私钥生成过程,可以用下式表示:私钥=F(主密钥,公钥)。为使用户私钥保密,这个计算过程必须是秘密的,只能是特定的主体(如可信机构TA)知道;其次,研究了Dan Boneh的基于身份的密码体制。此方案的理论依据是椭圆曲线上的双线性对问题,根据这个困难问题,进一步对此方案的安全性进行了证明,并由双线性对的性质出发,探讨了此方案的两种变形及其在实践中的应用;再次,详细比较了传统的公钥密码体制和基于身份的密码体制。除了公钥的定义不同以外,两种体制在私钥生成过程中也存在比较大的区别。这样的区别导致两者在应用中产生不同的结果,我们将在例子中进一步加以体会,并给出两种体制分别适用的范围;最后,构造了一个基于身份的密码体制下的电子选举协议。针对电子选举协议对选举主体进行身份认证的特殊要求,在基于身份的密码体制下设计了一个电子选举协议,达到简化电子选举协议中身份认证系统的目的,从而提高了电子选举协议的效率。总体而言,本文的研究成果主要体现在下面三个方面:一是详细分析了Dan Boneh的基于身份的密码方案,并提出和研究了该体制内的一些问题,如该方案的一些变形等;二是将公钥密码体制和基于身份的密码体制进行了详细的比较,并指出基于身份的密码体制的优点和缺点;三是尝试利用基于身份的密码体制的优点构造实际可行的密码协议。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• §1.1 信息安全概况
• §1.2 公钥密码体制
• §1.3 基于身份的密码体制（IBE）
• §1.4 电子选举协议
• §1.5 本文的组织结构
• 第二章 可证明安全的基于身份密码体制
• §2.1 困难性问题
• §2.2 公钥密码学中的攻击形式
• §2.3 公钥密码学中的安全性要求
• §2.3.1 抗击选择明文攻击的安全性（IND-CPA）
• §2.3.2 抗击选择密文攻击的安全性（IND-CCA）
• §2.3.3 抗击适应性选择密文攻击的安全性（IND-CCA2）
• §2.4 安全性证明的形式化方法介绍
• §2.5 Boneh和Franklin的基于身份的密码体制
• §2.6 研究和应用
• §2.7 基于身份的密码体制理论的相关研究
• 第三章 公钥密码体制和基于身份的密码体制的比较
• §3.1 引言
• §3.2 主要结果
• §3.3 例子
• 第四章 一个基于身份加密体制的电子选举协议
• §4.1 引言
• §4.2 公钥密码体制下的电子选举方案
• §4.3 基于身份的密码体制下的电子选举方案
• §4.4 结论
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表