[论文解读] An efficient classification in IBE Provide with an improvement of BB2 to an efficient Commutative Blinding scheme

Rkia Aouinatou, Mostafa Belkasmi|arXiv (Cornell University)|Aug 6, 2012

Cryptography and Data Security参考文献 29被引用 3

一句话总结

本文提出了一种基于BB2身份基加密（IBE）框架的改进型可交换混淆方案，通过利用强Diffie-Hellman问题提升效率与安全性。该方案实现恒定大小的密文，并支持选择-ID+安全模型，且身份使用$\mathbb{Z}_p$而非$\mathbb{Z}_p^*$，相比BBG等先前的HIBE构造提供了更好的灵活性与性能。

ABSTRACT

Because of the revolution and the success of the technique IBE (Identification Based Encryption) in the recent years. The need is growing to have a standardization to this technology to streamline communication based on it. But this requires a thorough study to extract the strength and weakness of the most recognized cryptosystems. Our first goal in this work is to approach to this standardization, by applying a study which permit to extract the best cryptosystems. As we will see in this work and as Boneh and Boyen said in 2011 (Journal of Cryptology) the BB1 and BB2 are the most efficient schemes in the model selective ID and without random oracle (they are the only schemes traced in this model). This is right as those schemes are secure (under this model), efficient and useful for some applications. Our second goal behind this work is to make an approvement in BB2 to admit a more efficient schemes. We will study the security of our schemes, which is basing on an efficient strong Diffie-Hellman problem compared to BB1 and BB2. More than that our HIBE support s+ID-HIBE compared to BBG (Boneh Boyen Goh). Additionally the ID in our scheme will be in Zp instead of Zp* as with BBG. We will cite more clearly all these statements in in this article.

研究动机与目标

• 为解决身份基加密（IBE）标准化的需求，识别并改进最高效且最安全的IBE方案。
• 通过基于强Diffie-Hellman问题的更高效可交换混淆机制，增强BB2 IBE方案。
• 支持具有$s^+$-ID安全性的分层IBE（HIBE），并通过使用$\mathbb{Z}_p$而非$\mathbb{Z}_p^*$表示身份，减少身份约束。
• 通过最小化密文大小与解密成本，提升HIBE的效率与安全性，且该优化与分层深度无关。
• 提供一种适用于实际部署的实用、安全且标准化的IBE框架。

提出的方法

• 该方案在BB2 IBE构造基础上，通过引入可交换混淆技术以提升效率与安全性。
• 提出一种基于强Diffie-Hellman问题的新安全模型，相较于BB1与BB2增强了安全性。
• 将身份空间从$\mathbb{Z}_p^*$重新定义为$\mathbb{Z}_p$，实现更广泛的身份选择并简化实现。
• 该方案保持恒定大小的密文（三个群元素）以及解密时仅需两次双线性配对运算，且与分层深度无关。
• 在选择-ID+模型下证明了安全性，确保对选择身份攻击具备完整仿真安全性。
• 该构造整合了Boneh-Boyen-Goh（BBG）的技术，但改进了其身份约束与效率。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在不依赖随机预言机的前提下，提升BB2 IBE方案的效率与更强的安全性？
• RQ2 能否设计一种可交换混淆方案，支持$\mathbb{Z}_p$身份而非$\mathbb{Z}_p^*$，以提升灵活性与性能？
• RQ3 使用强Diffie-Hellman问题对IBE与HIBE构造的安全性与效率有何影响？
• RQ4 在保持安全性的前提下，如何最大程度地最小化分层IBE中的密文大小与解密成本？
• RQ5 与BBG及其他HIBE方案相比，该方案在安全模型、效率与身份表示方面表现如何？

主要发现

• 所提方案实现了恒定大小的密文，为三个群元素，效率与BBG和BB2相当。
• 解密仅需两次双线性配对运算，且与分层深度无关，显著提升了性能。
• 该方案支持$s^+$-ID安全，其安全模型强于选择-ID，安全归约因子满足$N \geq 2^{160}$。
• 通过使用$\mathbb{Z}_p$而非$\mathbb{Z}_p^*$表示身份，消除了对乘法逆元的需求，简化了实现并增强了身份灵活性。
• 该方案的安全性基于强Diffie-Hellman问题，其安全性强于BB1与BB2所采用的判定性问题。
• 在身份表示与效率方面，该方案优于BBG，同时保持了相当的安全性与性能特征。