[論文レビュー] An efficient certificateless authenticated key agreement protocol without bilinear pairings

Debiao He, Chen, Yitao|IACR Cryptology ePrint Archive|Jun 20, 2011

Advanced Authentication Protocols Security被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、計算コストの高い二重線形ペアリングに依存せず、代わりに各ユーザーが共有秘密を確立するために5つのスカラ乗算を実行する新しい証明書なし認証付き鍵共有プロトコルを提案する。このプロトコルはランダムオракルモデルにおいて安全であると同時に、ペアリングベースの代替手法に比べて著しく効率性を向上させている。

ABSTRACT

Certificateless public key cryptography simplifies the complex certificate management in the traditional public key cryptography and resolves the key escrow problem in identity-based cryptography. Many certificateless authenticated key agreement protocols using bilinear pairings have been proposed. But the relative computation cost of the pairing is approximately twenty times higher than that of the scalar multiplication over elliptic curve group. Recently, several certificateless authenticated key agreement protocols without pairings were proposed to improve the performance. In this paper, we propose a new certificateless authenticated key agreement protocol without pairing. The user in our just needs to compute five scale multiplication to finish the key agreement. We also show the proposed protocol is secure in the random oracle model.

研究の動機と目的

• 既存の証明書なし認証付き鍵共有プロトコルにおける二重線形ペアリングの高い計算コストを解消すること。
• 従来の公開鍵暗号基盤（PKI）における証明書管理のオーバーヘッドを回避しつつ、IDベース暗号における固有のキーエスコロール問題を解消すること。
• リソース制約環境に適した軽量で効率的な鍵共有プロトコルを設計すること。
• ペアリング演算に依存せずにランダムオラクルモデルで形式的に安全な鍵共有を実現すること。

提案手法

• プロトコルは楕円曲線暗号を用い、スカラ乗算をコア演算として採用することで、高コストなペアリング計算への依存を低減する。
• 各ユーザーは共有秘密鍵を計算するために5つのスカラ乗算を実行し、計算オーバーヘッドを最小限に抑える。
• 信頼できる当局が関与するシステムパラメータ設定フェーズと、ユーザー固有の秘密鍵が統合されたプロトコル設計である。
• ユーザーのIDと秘密鍵の組み合わせにより認証が実現され、証明書を用いずに相互認証を達成する。
• 標準的な暗号的還元技術を用いて、ランダムオラクルモデルにおいて形式的に安全性を証明する。
• ユーザーのIDにのみ依存して秘密鍵を生成するのではなく、秘密鍵生成を分離することでキーエスコロール問題を回避する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二重線形ペアリングを用いないことで、効率的かつ安全な証明書なし認証付き鍵共有プロトコルを設計することは可能か？
• RQ2 強力なセキュリティ保証を維持しつつ、鍵共有の計算コストをどのように低減できるか？
• RQ3 証明書なし環境において、安全な鍵交換を達成するために必要な最小限のスカラ乗算の数は何か？
• RQ4 ペアリング演算に依存せずに、相互認証およびキーコンプリシャーインスティテーション攻撃に対する耐性を実現できるか？
• RQ5 証明書管理とキーエスコロールの両方の問題を回避する証明書なしプロトコルを構築することは可能か？

主な発見

• 提案されたプロトコルは、ユーザー1人あたり5つのスカラ乗算で鍵共有を完了するため、ペアリングベースの手法に比べて計算コストを著しく低減している。
• プロトコルはランダムオラクルモデルにおいて、なりすまし攻撃およびキーコンプリシャーインスティテーション攻撃に対して形式的に安全であると証明されている。
• 二重線形ペアリングを排除することで、ペアリング演算がスカラ乗算の約20倍のコストであることを考慮すると、ペアリングベースの代替手法に比べて最大20倍の性能向上が達成された。
• プロトコルはIDベース暗号のキーエスコロール問題を効果的に解消するとともに、従来のPKIにおける証明書管理の負担を回避している。
• セキュリティモデルは、デジタル証明書や信頼できる第三者の証明機関に依存せずに、フォワードシークレシーと相互認証を保証する。
• プロトコルは、モバイルおよびIoTシステムなどの帯域幅および計算リソースに制限のある環境への展開に十分な効率性を備えている。