[论文解读] Anonymous and Adaptively Secure Revocable IBE with Constant Size Public Parameters

Jie Chen, Hoon Wei Lim+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2012

Cryptography and Data Security参考文献 20被引用 6

一句话总结

本文提出了两种非交互式可撤销身份基加密（RIBE）方案，在SXDH和DLIN假设下实现了自适应安全性和密文匿名性，且公共参数大小恒定。该方案采用基于二叉树的密钥更新机制与双重系统加密技术，实现了无需交互式更新或可信硬件的高效密钥撤销，解决了以往RIBE构造中长期存在的局限性。

ABSTRACT

In Identity-Based Encryption (IBE) systems, key revocation is non-trivial. This is because a user's identity is itself a public key. Moreover, the private key corresponding to the identity needs to be obtained from a trusted key authority through an authenticated and secrecy protected channel. So far, there exist only a very small number of revocable IBE (RIBE) schemes that support non-interactive key revocation, in the sense that the user is not required to interact with the key authority or some kind of trusted hardware to renew her private key without changing her public key (or identity). These schemes are either proven to be only selectively secure or have public parameters which grow linearly in a given security parameter. In this paper, we present two constructions of non-interactive RIBE that satisfy all the following three attractive properties: (i) proven to be adaptively secure under the Symmetric External Diffie-Hellman (SXDH) and the Decisional Linear (DLIN) assumptions; (ii) have constant-size public parameters; and (iii) preserve the anonymity of ciphertexts---a property that has not yet been achieved in all the current schemes.

研究动机与目标

• 为解决身份基加密（IBE）中高效、非交互式密钥撤销的挑战，其中传统方法需要交互式更新或可信硬件。
• 克服现有RIBE方案的局限性，即要么缺乏自适应安全性，要么公共参数随安全参数线性增长。
• 实现自适应安全性和密文匿名性——这两个属性在以往的RIBE构造中未被同时满足。
• 设计一种密钥撤销高效且可扩展的系统，每轮撤销的计算量仅与用户数量的对数成正比。
• 通过确保公共参数大小恒定和强安全保证，使RIBE在实际系统中可部署。

提出的方法

• 采用二叉树结构组织用户，每个用户被分配到叶节点，并从根路径上的节点获取私钥分量。
• 使用双重系统加密技术证明自适应安全性，基于SXDH和DLIN假设，在分层密钥派生框架中实现。
• 引入基于时间周期的密钥更新机制，密钥颁发机构仅需发布覆盖未撤销用户的最小子树中节点的更新。
• 将私钥分解为两部分：一部分与用户身份相关，另一部分与时间周期相关，利用双线性对实现高效解密。
• 基于对称外部Diffie-Hellman（SXDH）和判定线性（DLIN）假设构建公共参数结构，确保参数大小与系统规模无关，保持恒定。
• 采用基于DLIN的子空间假设的新型安全证明技术，通过多重模拟挑战处理自适应敌手。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否构造一种非交互式RIBE方案，在不依赖交互式密钥更新或可信硬件的前提下实现自适应安全性？
• RQ2 在支持高效撤销和强安全保证的同时，是否可能在RIBE方案中保持恒定大小的公共参数？
• RQ3 在标准假设（如SXDH和DLIN）下，能否在RIBE系统中保持密文匿名性？
• RQ4 如何将双重系统加密扩展至RIBE，以同时实现自适应安全性和匿名性？
• RQ5 在RIBE中实现撤销效率与恒定公共参数的最小计算开销是多少？

主要发现

• 所提出的RIBE方案在SXDH和DLIN假设下实现自适应安全性，安全归约界与私钥查询和密钥更新查询次数的多项式成正比。
• 公共参数大小恒定，不随用户数量或时间周期数变化，解决了以往方案中的关键可伸缩性限制。
• 密文具有匿名性，即敌手无法区分同一身份和时间周期下对不同消息的加密结果。
• 密钥撤销机制为非交互式且高效，每轮撤销的计算量仅与用户数量的对数成正比。
• 该方案可自然扩展至可撤销属性基加密（ABE）和弱属性隐藏的身份基加密。
• 安全证明采用一系列混合游戏与模拟挑战，最终优势界由DLIN优势加上一个与查询次数相关的可忽略误差项决定。