[論文レビュー] An Efficient Bilinear Pairing-Free Certificateless Two-Party Authenticated Key Agreement Protocol in the eCK Model

Yong-Jin Kim, Yongmin Kim+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2013

Security in Wireless Sensor Networks被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、双線形ペアリングを用いない、効率的な証明書なし二者間認証鍵共有プロトコルを提案する。このプロトコルは、楕円曲線群上のスカラー乗算の回数を最小限に抑えることで、計算コストを低減する。ランダムオракル設定下でeCKモデルにおいて証明可能な安全性を達成しており、先行研究に比べて効率性を向上させつつも、強力なセキュリティ保証を維持している。

ABSTRACT

Recent study on certificateless authenticated key agreement focuses on bilinear pairing-free certificateless authenticated key agreement protocol. Yet it has got limitations in the aspect of computational amount. So it is important to reduce the number of the scalar multiplication over elliptic curve group in bilinear pairing-free protocols. This paper proposed a new bilinear pairing-free certificateless two-party authenticated key agreement protocol, providing more efficiency among related work and proof under the random oracle model.

研究の動機と目的

• 既存の双線形ペアリングを用いない証明書なし鍵共有プロトコルにおける高い計算コストを是正すること。
• 双線形ペアリングを用いない方式における主要な性能ボトルネックである、楕円曲線群上でのスカラー乗算の回数を最小限に抑えること。
• 二者間認証鍵共有プロトコルを設計し、効率的かつeCKモデルで証明可能な安全性を有すること。
• 証明書なし環境下でも、計算複雑性を低減しつつ強力なセキュリティ特性を維持できるように、先行研究を改善すること。

提案手法

• 双線形ペアリングを排除するために、最適化されたスカラー乗算演算を用いた楕円曲線暗号を採用する。
• 鍵漏洩や証明書管理の問題を回避するため、証明書なしアーキテクチャを採用する。
• 鍵交換メカニズムを設計し、各参加者がスカラー乗算をたった2回行うことで、計算量を顕著に低減する。
• 標準的な暗号的還元技術を用いて、ランダムオラクル仮定の下でeCKモデルにおいて安全性を証明する。
• なりすまし攻撃および鍵制御攻撃に対する耐性を高めるために、チャレンジ・レスポンス機構を統合する。
• 前向き機密性を保証するとともに、既知の攻撃（例：鍵漏洩なりすまし攻撃）に対して耐性を持つ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 証明書なし鍵共有プロトコルにおけるスカラー乗算の回数を、セキュリティを損なわずに最小限に抑える方法は何か？
• RQ2 双線形ペアリングを用いないプロトコルが、eCKモデルで証明可能な安全性を達成しつつも効率的であることは可能か？
• RQ3 安全で、証明書なしの二者間認証鍵交換において、最小限の計算コストは何か？
• RQ4 提案されたプロトコルは、既存の双線形ペアリングを用いない証明書なしプロトコルに比べて、どの程度効率的か？
• RQ5 証明書なし環境下で、効率性と強力なセキュリティを両立させるために必要な条件は何か？

主な発見

• 提案されたプロトコルは、参加者1人あたりスカラー乗算をたった2回で済ませるため、先行の双線形ペアリングを用いない方式に比べて計算コストを低減している。
• ランダムオラクル仮定の下でeCKモデルにおいて証明可能な安全性を達成しており、アクティブ攻撃に対しても耐性がある。
• 計算コストが高いため、双線形ペアリングの必要性を排除することで、パフォーマンスが向上している。
• 正式に、鍵漏洩なりすまし攻撃およびなりすまし攻撃に対して安全であることが証明されている。
• セキュリティ証明は、ランダムオラクルモデルにおける標準的仮定に基づいており、強力な暗号的保証を提供する。
• プロトコルは、特にスカラー乗算の回数という観点から、先行研究よりも優れた効率性を示している。