可信计算平台匿名认证方案的研究

论文摘要

本文详细分析了可信计算组织为解决匿名认证问题给出的三种方案,重点讨论了TPM v1.2规范中的DAA方案（文中称为BCC方案）。主要的工作如下:（1）针对在TPM v1.2规范中重点描述的是DAA协议的原理、复杂运算和关键步骤,并没有涉及和考虑:①实体之间的身份认证;②实体之间信息传输的机密性等问题,本文基于DAA基本原理设计可信平台身份证明的安全协议—AI-DAA,AI-DAA协议不仅能实现可信平台身份认证和隐私保护,而且能实现协议实体之间的身份认证和数据传输的机密性。（2）为了进一步优化该协议,找出性能瓶颈,定量地分析和测量DAA中各个实体的性能负荷是一个十分重要且必须的工作。本文详细分析了DAA的协议流程,提出了以机器周期为基本性能单位的性能负荷分布测量方法。该方法需要首先分析DAA协议中的各种复杂运算,针对不同的运算选用当前性能较好的算法,然后统计各个算法中大整数单精度乘法、单精度加法、读内存、写内存等基本运算的数目,最后通过汇总并转换得出DAA协议中各实体以机器周期为单位的性能负荷分布和总性能负荷。理论分析表明,该方法不仅能相对准确、精细、有效地定量计算出DAA协议中各实体的性能负荷和总的性能负荷,而且测出的性能负荷具有平台无关性,为该协议的进一步优化提供了依据。（3）基于普通椭圆曲线离散对数的困难性假设,本文提出了一种新的、较为优化的直接匿名证明方案—TMZ-DAA方案。该方案仍属于ECC-DAA类的方案。但与其它方案相比,该方案涉及到的主要运算是椭圆曲线的点加和标量乘,复杂性大大降低,不仅密钥长度和签名长度方案较短,而且在总性能方面得到了较大提高,降低了Join协议、Sign协议以及Verify算法中TPM、Host、Issuer以及Verifier等各个参与实体的计算量。为基于椭圆曲线的TPM提供了可行的隐私性保护解决方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 研究内容
• 1.4 章节安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 知识背景
• 2.1 数学知识
• 2.1.1 基本符号
• 2.1.2 大整数的二进制表示
• 2.1.3 整数分解
• 2.1.4 二次剩余群
• 2.1.5 有限域离散对数
• 2.2 数论密码学假设
• 2.2.1 强 RSA 假设
• 2.2.2 判定性 Diffie-Hellman 假设
• 2.3 椭圆曲线
• 2.3.1 Weierstrass 方程的变换
• 2.3.2 椭圆曲线上的基本运算
• 2.3.2.1 椭圆曲线上的加法运算规则
• 2.3.2.2 椭圆曲线上的乘法运算规则
• 2.3.3 椭圆曲线离散对数问题（ECDLP）
• 2.3.4 椭圆曲线密码学
• 2.4 零知识证明
• 2.4.1 离散对数的零知识证明
• 2.4.2 二次剩余群上离散对数的零知识证明
• 2.4.3 椭圆曲线上的零知识证明
• 2.5 Camenisch-Lysyanskaya 签名
• 2.6 本章小结
• 第三章 可信计算平台匿名认证方案
• 3.1 简单 EK 认证
• 3.2 隐私 CA 方案
• 3.3 直接匿名证明方案
• 3.4 本章小结
• 第四章 DAA 的原理与设计
• 4.1 DAA 协议初始化（发布者产生公钥和私钥）
• 4.1.1 初始化流程
• 4.1.2 初始化流程安全协议设计
• 4.2 DAA-Join（TPM 获取DAA 证书）
• 4.2.1 DAA-Join 流程
• 4.2.2 DAA-Join 流程安全协议设计
• 4.3 DAA-Sign（用证书签名消息m）
• 4.3.1 DAA-Sign 流程
• 4.3.2 DAA-Sign 流程安全协议设计
• 4.4 DAA-Verify（利用公钥验证签名）
• 4.4.1 DAA-Verify 流程
• 4.4.2 DAA-Verify 流程安全协议设计
• 4.5 协议设计的安全性分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 DAA 的性能计算新方法
• 5.1 完整 DAA 协议复杂运算统计
• 5.2 完整 DAA 协议复杂运算的算法选择
• 5.3 完整 DAA 协议各阶段的基本运算统计
• 5.4 完整 DAA 协议性能负荷分布的估算与分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 一种优化的匿名认证方案
• 6.1 一个有效实施可信计算平台的匿名认证的简单 DAA 方案
• 6.1.1 方案简述
• 6.1.2 方案特点分析
• 6.2 可信计算平台的一种优化匿名认证方案
• 6.2.1 完整流程描述
• 6.2.2 方案特点分析
• 6.2.3 性能的比较分析
• 6.3 讨论与分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 全文总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 论文发表与参加的项目