抗中间人攻击的密码协议研究

Commitment schemes and zero-knowledge protocols are two basic tools in cryptography. They play very important and fundamental roles in modern cryptography, and have wide applications in other cryptographic protocols and advanced secure systems. Since these two tools are widely applied in distributed network environment, and man-in-the-middle attacks are very common in such environment, it is of great theoretical significance and application values to do research on man-in-the-middle attacks. As most of current research needs trusted setup assumptions or cannot perfectly prevent man-in-the-middle attacks in the practice, it is very necessary to strengthen research on these two tools. This project takes further research on adaptive man-in-the-middle attacks and other side-channel attacks, and uses provable security theory to study these attacks in the plain model from the following four aspects: research on commitment schemes preventing adaptive man-in-the-middle attacks, research on zero-knowledge protocols preventing adaptive man-in-the-middle attacks, research on zero-knowledge protocols preventing both adaptive man-in-the-middle attacks and side-channel attacks, and research on the application of commitment schemes and zero-knowledge protocols preventing man-in-the-middle attacks. We hope that this project can enrich and improve current theory research on commitment schemes and zero-knowledge protocols.

承诺方案和零知识协议是密码学的两个最基本的组件，它们在当代密码学中处于非常重要的基础性地位，而且在其它密码学协议和更高级的安全系统有着广泛的应用。鉴于这两个组件被广泛部署在分布式网络环境中，而在此环境下中间人攻击是一个十分常见的动态攻击形式，因此对中间人攻击的研究具有十分重要的理论意义和应用价值。目前很多研究需要有初始设置假设或者不能够完美抵抗实际中出现的中间人攻击，因此需要进一步加强对这两个密码学组件的研究。本项目在朴素模型下，即没有任何设置假设的情况下，以可证明安全性理论为依托，从四个方面深入考察适应性中间人攻击和各种旁路攻击方法，包括抗适应性中间人攻击的承诺方案研究、抗适应性中间人攻击的零知识协议研究、同时抗旁路攻击和抗适应性中间人攻击的零知识协议研究、及抗适应性中间人攻击的承诺方案和零知识协议的应用研究。期望本项目的研究能够丰富和完善承诺方案和零知识协议的理论。

承诺方案和零知识协议是密码学的两个最基本的组件，它们在当代密码学中处于非常重要的基础性地位，而且在其它密码学协议和更高级的安全系统有着广泛的应用。鉴于这两个组件被广泛部署在分布式网络环境中，而在此环境下中间人攻击是一个十分常见的动态攻击形式，因此对中间人攻击的研究具有十分重要的理论意义和应用价值。本项目从承诺与零知识协议的抗中间人攻击的安全性需求入手，研究其形式化模型，新型安全性证明方法以及在现代密码学中的应用。整体执行期间共发表10篇论文，包括密码学顶级会议AsiaCrypt’14，AsiaCrypt’16等, 其中SCI论文3篇..项目实施过程中取得了大量的研究成果：（1）提出了大量的和零知识证明系统相关的新概念与新原语，如基于身份的可提取哈希证明系统，公开可计算伪随机函数，公开抽样伪随机函数等概念，同时提出了多种构造方法，并将这些密码新概念应用于选择密文攻击安全的公钥加密方案的设计中，大大拓展了零知识证明系统的理论外延；（2）结合一次模拟可靠非交互式零知识证明系统，设计了抵抗熵泄露攻击的选择密文安全的带标签的公钥加密方案，并在分割状态模型下构造了抗后挑战泄露攻击的选择密文安全公钥加密方案；（3）提出了多种黑盒分离新技术与分析结果，提出了1-多CDH问题黑盒分离及其扩展、不可编程随机预言模型下哈希-签名方案的黑盒分离等方法，并将这些密码新概念应用于基于身份加密方案的安全性证明中。（4）提出陷门签名和带辅助密钥的签名的新概念，利用它们给出了多种结构保持签名到完全结构保持签名的通用转换方案。.本项目针对抗中间人攻击的承诺与零知识协议展开深入研究，提出了许多新的密码学概念和新思想，创新了密码学证明方法，促进了信息安全领域的技术发展，辅助培养了多名信息安全领域的博士、硕士，取得了预期成果，基本上完成了项目目标。