[论文解读] Practical Identity-Based Encryption (IBE) in Multiple PKG Environments and Its Applications

Shengbao Wang|arXiv (Cornell University)|Mar 1, 2007

Cryptography and Data Security参考文献 17被引用 7

一句话总结

本文提出了一种基于双线性对的实用身份加密（IBE）方案，通过在通信前预计算会话密钥（gID），在多私钥生成中心（PKG）环境中提升了效率。与Boneh-Franklin IBE不同，该方案修改了Setup和Encryption算法，使消息可提前加密，从而提高性能，并实现了具有强现实适用性的实用托管ElGamal变体。

ABSTRACT

In this paper, we present a new identity-based encryption (IBE) scheme using bilinear pairings. Our IBE scheme enjoys the same Key Extraction and De- cryption algorithms with the famous IBE scheme of Boneh and Franklin (BF-IBE for short), while differs from the latter in that it has modified Setup and Encryption algorithms. Compared with BF-IBE, we show that ours are more practical in a multiple private key generator (PKG) environment, mainly due to that the session secret gID could be pre-computed before any interaction, and the sender could encrypt a message using gID prior to negotiating with the intended recipient(s). As an application of our IBE scheme, we also derive an escrowed ElGamal scheme which possesses certain good properties in practice.

研究动机与目标

• 解决现有IBE方案在多PKG环境中部署时的低效问题。
• 在通信前预计算会话密钥（gID），以减少运行时开销。
• 设计一种支持高效前向安全加密的IBE系统，即使在接收方未参与交互时亦可实现。
• 从所提出的IBE方案中推导出一种实用的托管ElGamal加密方案，以支持现实世界部署。

提出的方法

• 利用双线性对构建IBE方案，其Setup和Encryption算法与Boneh-Franklin IBE相比有所修改。
• 使用主密钥和身份预先计算每个身份的会话密钥gID，实现离线加密。
• 允许发送方向在联系接收方之前使用gID加密消息，从而在多PKG环境中降低延迟。
• 将IBE方案集成到密钥托管机制中，以支持在分布式PKG环境中实现安全密钥恢复。
• 从IBE基础框架中推导出一个托管ElGamal方案，同时保持安全性和效率。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在多PKG环境中使IBE更加高效？
• RQ2 是否可以预计算会话密钥以减少IBE系统中的加密延迟？
• RQ3 为支持预加密，标准IBE的Setup和Encryption算法需要进行哪些修改？
• RQ4 如何从实用IBE方案中构建一个托管ElGamal方案？
• RQ5 在多PKG IBE部署中，会产生哪些性能与安全的权衡？

主要发现

• 所提出的IBE方案可在任何通信之前预计算gID，显著降低了多PKG环境下的加密延迟。
• 该方案在密钥提取和解密方面与Boneh-Franklin IBE保持兼容，确保了向后安全性。
• 修改后的Setup和Encryption算法使发送方能够提前使用gID加密消息，从而在动态或分布式环境中提升效率。
• 成功从IBE框架中推导出一个托管ElGamal方案，为密钥恢复和实际部署提供了实用优势。