[论文解读] 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 10

一句话总结

该论文提出了一种高效、无需双线性配对的无证书双实体认证密钥协商协议，通过最小化椭圆曲线群上的标量乘法运算，降低了计算开销。该协议在随机预言模型下于eCK模型中实现了可证明安全，相较于先前工作在保持强安全保证的同时显著提升了效率。

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.

研究动机与目标

• 解决现有双线性配对无证书密钥协商协议计算成本过高的问题。
• 最小化椭圆曲线群上的标量乘法次数，这是无配对方案中的主要性能瓶颈。
• 设计一种既高效又在eCK模型中可证明安全的双实体认证密钥协商协议。
• 在无证书环境下通过降低计算复杂度，同时保持强安全属性，超越先前工作。

提出的方法

• 采用椭圆曲线密码学并优化标量乘法运算，以消除双线性配对的使用。
• 采用无证书架构，避免密钥托管和证书管理问题。
• 密钥交换机制设计为每方仅需两次标量乘法，显著降低计算开销。
• 在随机预言假设下，利用标准密码学归约技术，在eCK模型中证明安全性。
• 集成挑战-响应机制，以抵御伪装和密钥控制攻击。
• 设计确保前向保密性，并抵抗已知攻击，如密钥泄露伪装攻击。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在不牺牲安全性的前提下最小化无证书密钥协商协议中的标量乘法次数？
• RQ2 能否设计一种无双线性配对的协议，在保持高效性的同时实现在eCK模型中的可证明安全？
• RQ3 在安全且无证书的双实体认证密钥交换中，最小计算成本是多少？
• RQ4 与现有无配对无证书协议相比，所提出的协议在效率上表现如何？
• RQ5 在无证书环境下，实现高效性与强安全性的必要条件是什么？

主要发现

• 所提出的协议每方仅需两次标量乘法，相较于先前的无配对方案显著降低了计算成本。
• 在随机预言假设下，该协议在eCK模型中实现了可证明安全，确保对主动攻击的抵抗力。
• 该协议消除了对计算昂贵的双线性配对的需求，从而提升了性能。
• 该协议被形式化证明可抵御密钥泄露伪装攻击和伪装攻击。
• 安全证明基于随机预言模型中的标准假设，确保了强有力的密码学保障。
• 实证表明，该协议在标量乘法次数方面优于先前工作，尤其在效率方面表现更优。