几类多用户加密系统的选择打开攻击安全性关键问题研究

Indistinguishablility against chosen-ciphertext attacks (IND-CCA) has been widely accepted as the standard security notion for public-key encryption schemes. However, recent research results have indicated that IND-CCA secure public key encryption schemes may not resist selective opening attack, and hence this kind of attack attracts great interests in cryptography research fields. Existing research about selective opening attacks mainly focuses on traditional public key encryption, and pays no attention to some multi-user cryptosystems such as broadcast encryption, identity-based broadcast encryption and proxy re-encryption. In view of this, this project shall study on the selective opening security for the above three multi-user cryptosystems: (1) formalize the selective opening security notions for these three types of cryptosystems, and study the relationship between these security notions and traditional notions; (2) Study the generic methods for constructing chosen-ciphertext and selective opening secure broadcast encryption and identity-based broadcast encryption; (3) propose an efficient and concrete chosen-ciphertext and selective opening secure broadcast encryption scheme; (4) propose a chosen-ciphertext and selective opening secure proxy re-encryption scheme. The research fruits of this project can enrich the theory of selective opening attacks, and will also improve the security and applicability for broadcast encryption, identity-based broadcast encryption and proxy re-encryption.

选择密文攻击下的不可区分性（IND-CCA）已经成为公钥加密方案广为接受的安全概念。然而，近年研究结果表明IND-CCA安全的公钥加密方案并不一定能抵抗选择打开攻击，因而这类攻击引起了密码学界的高度关注。目前关于选择打开攻击的研究主要集中在传统公钥加密，而关于广播加密、基于身份广播加密和代理重加密这三类多用户密码系统的研究尚属空白。鉴于这一研究现状，本项目将针对这三类多用户密码系统的选择打开攻击安全性展开研究：(1)研究这三类密码系统的选择打开攻击安全定义，并探讨这些新定义与传统安全定义之间的关系；（2）研究选择打开选择密文安全广播加密和基于身份广播加密的通用构造方法；（3）设计选择打开选择密文安全广播加密的高效具体方案；（4）设计选择打开选择密文安全的代理重加密方案。本项目的研究成果将能丰富选择打开攻击领域的理论，并能增强广播加密、基于身份广播加密和代理重加密的安全性和实用性。

选择密文攻击下的不可区分性（IND-CCA）已经成为公钥加密方案广为接受的安全概念。然而，近年研究结果表明IND-CCA安全的公钥加密方案并不一定能抵抗选择打开攻击，因而这类攻击引起了密码学界的高度关注。现有的抗选择打开攻击密码方案中，其安全模型只考虑数据接收方的安全性，尚未考虑发送方的安全性。针对这一问题，我们重新定义了同时考虑数据发送方和接收方安全性的选择打开攻击模型，并在该模型下探讨了选择打开选择密文安全的密码方案通用构造方法，分别给出了选择打开选择密文安全的广播加密、基于身份广播加密以及代理重加密的通用构造方法。我们还对密码学领域中的单向函数这一基础密码组件的高效构造方法展开研究，对规则单向函数进行了推广，提出了弱几乎规则单向函数（weakly almost regular one-way function）这一类更广泛的单向函数概念，并将Haitner等人的随机重复技术和碰撞熵理论相结合，设计出了基于弱几乎规则单向函数的伪随机数生成器构造方法，该方法的种子长度为O(n log n)，超越了哥德尔奖得主、哈佛大学计算机系主任Salil Vadhan等人在STOC 2012给出的种子长度为O(n3)的现有最好结果；针对Emura等人留下的一个公开问题（如何构造一个满足自适应选择密文安全的可控全同态加密方案）展开研究，解决了该公开问题；设计了首个公开参数、系统主密钥、用户私钥和密文长度均为固定长度的基于身份加密方案，并且方案能在多用户多挑战（mutli-user multi-challenge）环境下达到可证明安全。所取得的成果被Xavier Boyen、Benoît Libert、Goichiro Hanaoka、Dennis Hofheinz、Nuttapong Attrapadung等国际知名密码学专家肯定和引用。依托该项目，在CRYPTO 2015、TCC 2016、PKC 2016、PKC 2017等重要国际会议和IEEE TPAMI、IEEE TDSC、IEEE TPDS等著名国际期刊发表论文32篇，其中IEEE Transactions系列期刊8篇；授权发明专利3项，申请发明专利12项；培养了3名博士生和6名硕士生；举办了国际会议SecureComm 2016。