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Olithium:基于格的无陷门在线/离线签名方案
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作者 王后珍 段小超 +2 位作者 文嘉明 王亚辉 张焕国 《计算机学报》 北大核心 2025年第4期877-892,共16页
随着互联网和大数据时代的到来,数据在传输过程中的安全性和效率问题日益凸显。作为保障数据完整性并验证发送者身份的核心技术,数字签名显得尤为重要。与此同时,量子计算机的发展对传统的签名方案构成了巨大威胁。在这一背景下,美国国... 随着互联网和大数据时代的到来,数据在传输过程中的安全性和效率问题日益凸显。作为保障数据完整性并验证发送者身份的核心技术,数字签名显得尤为重要。与此同时,量子计算机的发展对传统的签名方案构成了巨大威胁。在这一背景下,美国国家标准与技术研究院于2023年公布了基于CRYSTALS-Dilithium算法的抗量子签名标准ML-DSA的草案。为了使其能更好地应用于海量的数据传输等场景,本文在此基础上设计了一个无陷门在线/离线签名方案,称之为Olithium。该方案允许签名者在未收到消息时(离线阶段)产生签名的一部分,并在收到消息后(在线阶段)继续完成签名。最终,能在存储空间小幅增加的前提下,将在线签名时间缩短约50%。本文还以数字证书颁发场景为例,说明该方案的现实有效性。 展开更多
关键词 后量子密码 在线/离线签名 数字证书 基于格的密码学 优化实现
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多变量代数理论及其在密码学中的应用 被引量:8
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作者 王后珍 张焕国 +1 位作者 管海明 伍前红 《北京工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期627-634,共8页
介绍了有限域上二次多变量多项式方程组(MQ问题)求解理论的研究进展;描述了几种主要的MQ公钥密码算法及其相应的分析手段,并归纳出了MQ(multivariate quadratic)公钥密码系统设计所应遵循的基本准则;概括了MQ问题在其他密码学领域(如流... 介绍了有限域上二次多变量多项式方程组(MQ问题)求解理论的研究进展;描述了几种主要的MQ公钥密码算法及其相应的分析手段,并归纳出了MQ(multivariate quadratic)公钥密码系统设计所应遵循的基本准则;概括了MQ问题在其他密码学领域(如流密码)中的应用;对MQ密码的研究前景进行了展望,并归纳出了一系列值得研究的开放问题. 展开更多
关键词 密码学 多变量公钥密码 MQ问题 流密码 哈希函数
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多变元Hash函数的构造与分析 被引量:4
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作者 王后珍 张焕国 杨飏 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期237-241,共5页
本文在基于非线性多变元多项式方程组难解性的基础上,提出了一种新的Hash算法,新算法与目前广泛使用的Hash算法相比具有下列优点:安全性基于一个公认的数学难题;输出Hash值长度可变;引入了整体随机性,从一族Hash函数中随机选择Hash函数... 本文在基于非线性多变元多项式方程组难解性的基础上,提出了一种新的Hash算法,新算法与目前广泛使用的Hash算法相比具有下列优点:安全性基于一个公认的数学难题;输出Hash值长度可变;引入了整体随机性,从一族Hash函数中随机选择Hash函数而不是随机化消息本身;设计自动化,用户可根据实际需求构造满足其特定要求的Hash函数.本文还详细讨论了新Hash算法的安全性、效率和性能,并通过仿真实验,指出了新算法的具体构造方法.实验结果表明,新算法在效率和性能方面与其它Hash函数具有可比性. 展开更多
关键词 密码学 HASH函数 MQ问题 多变元多项式
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新型的轻量级数字签名方案 被引量:5
4
作者 王后珍 张焕国 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第11期25-29,共5页
数字签名在信息安全领域中有着广泛的应用,包括认证、数据完整性和不可抵赖性。然而目前基于数论的签名方案如RSA、ECC等实现效率很低,不适用于无线传感器网络、低廉智能卡、无线射频RFID、蜂窝电话等特殊应用领域。针对该缺陷,结合散... 数字签名在信息安全领域中有着广泛的应用,包括认证、数据完整性和不可抵赖性。然而目前基于数论的签名方案如RSA、ECC等实现效率很低,不适用于无线传感器网络、低廉智能卡、无线射频RFID、蜂窝电话等特殊应用领域。针对该缺陷,结合散列认证技术,提出了一种新型的轻量级数字签名算法。安全性和实验表明,新方案能够很好地取代RSA等公钥技术,实现安全高效的签名认证功能。 展开更多
关键词 物联网 公钥密码系统 数字签名 散列函数
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基于身份的群组密钥分发方案 被引量:1
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作者 王后珍 秦婉颖 +2 位作者 刘芹 余纯武 沈志东 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2023年第10期2203-2217,共15页
随着人们越来越倾向于使用即时通讯软件进行交流,保障群聊中消息的安全性成为一个亟需解决的问题.因此,基于国密SM9算法提出了一种基于身份的群组密钥分发方案,并进行了严格的安全性证明;提出的方案相较于Guo等人、Meng等人提出的方案... 随着人们越来越倾向于使用即时通讯软件进行交流,保障群聊中消息的安全性成为一个亟需解决的问题.因此,基于国密SM9算法提出了一种基于身份的群组密钥分发方案,并进行了严格的安全性证明;提出的方案相较于Guo等人、Meng等人提出的方案在便捷性和兼容性上更具优势,同时,相较于Wu等人在欧密会上提出的非对称群组密钥协商协议也有群组密钥管理和兼容性方面的优势.此外,还给出了所提方案在即时通讯群聊及点对点通信场景下的应用示范,进一步证明了所提方案在通信开销和密钥管理方面要优于目前典型即时聊天软件中的安全群聊实现方法. 展开更多
关键词 群组密钥分发 基于身份的密码学 即时通信安全 群聊消息加密 SM9算法
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基于矩阵填充问题的五轮零知识身份认证方案 被引量:2
6
作者 王后珍 蔡鑫伟 +1 位作者 郭岩 张焕国 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第11期79-86,共8页
针对现存绝大多数身份认证协议容易遭受量子计算攻击及实现效率低的缺陷,基于矩阵填充(MC)问题构造了一种安全高效的五轮零知识身份认证方案。由于MC问题是NP完全的,所提方案具有很好的抗量子计算攻击潜力。相较于目前已有类似方案,所... 针对现存绝大多数身份认证协议容易遭受量子计算攻击及实现效率低的缺陷,基于矩阵填充(MC)问题构造了一种安全高效的五轮零知识身份认证方案。由于MC问题是NP完全的,所提方案具有很好的抗量子计算攻击潜力。相较于目前已有类似方案,所提方案通过增加单轮交互将欺骗概率由2/3降至1/2,同时兼具容易实现、密钥尺寸小等优点。此外,采用Fiat-Shamir密码转换技术还可将所提五轮零知识认证协议转换为高效的具有抗量子计算攻击潜力的数字签名方案。 展开更多
关键词 抗量子计算密码 身份认证 零知识证明 矩阵填充问题
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量子计算复杂性理论综述 被引量:21
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作者 张焕国 毛少武 +4 位作者 吴万青 吴朔媚 刘金会 王后珍 贾建卫 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第12期2403-2428,共26页
量子计算复杂性理论是量子计算机科学的基础理论之一,对量子环境下的算法设计和问题求解具有指导意义.因此,该文对量子计算复杂性理论进行了综述.首先,介绍了各种量子图灵机模型及它们之间的关系.其次,量子计算复杂性是指在量子环境下... 量子计算复杂性理论是量子计算机科学的基础理论之一,对量子环境下的算法设计和问题求解具有指导意义.因此,该文对量子计算复杂性理论进行了综述.首先,介绍了各种量子图灵机模型及它们之间的关系.其次,量子计算复杂性是指在量子环境下对于某个问题求解的困难程度,包含问题复杂性、算法复杂性等.于是,该文介绍了量子问题复杂性、量子线路复杂性、量子算法复杂性,并且介绍了量子基本运算和Shor算法的优化实现.第三,格被看做是一种具有周期性结构的n维点空间集合.格密码有很多优势,包括具有抗量子计算的潜力,格算法具有简单易实现、高效性、可并行性特点,格密码已经被证明在最坏条件下和平均条件下具有同等的安全性.因此该文介绍了格的困难问题,以及主要的格密码方案现状.最后,对今后值得研究的一些重要问题和量子计算环境下的密码设计与分析给出了展望. 展开更多
关键词 量子计算 量子图灵机 量子计算复杂性 量子线路 量子环境下的密码
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密码协议代码执行的安全验证分析综述 被引量:9
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作者 张焕国 吴福生 +1 位作者 王后珍 王张宜 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第2期288-308,共21页
密码协议安全验证分析是信息安全重点研究之一.常用的密码协议安全分析(例如,形式化分析、计算模型分析、计算可靠的形式化分析)只能从理论上验证或证明密码协议的安全,无法确保密码协议代码实际执行的安全.只有当密码协议在代码执行时... 密码协议安全验证分析是信息安全重点研究之一.常用的密码协议安全分析(例如,形式化分析、计算模型分析、计算可靠的形式化分析)只能从理论上验证或证明密码协议的安全,无法确保密码协议代码实际执行的安全.只有当密码协议在代码执行时被验证或证明安全,才能保障密码协议在实现中是安全的.因此,代码级的密码协议安全验证分析是值得关注的方向.文中分别从自动模型提取、代码自动生成、操作语义及程序精化4个方面,综述代码级的密码协议安全验证分析,并对当前代码级的密码协议安全验证分析领域中的最新成果进行详细比较、分析、总结和评论.文中以常用程序语言(C、Java、F#等)编写的密码协议为例,重点阐述密码协议代码执行的安全验证分析,并展望代码级的密码协议安全验证分析的研究方向. 展开更多
关键词 密码协议 模型 代码 执行 安全验证
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HKKS密钥交换协议分析 被引量:7
9
作者 刘金会 张焕国 +3 位作者 贾建卫 王后珍 毛少武 吴万青 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第3期516-528,共13页
量子计算技术的发展对基于大整数因子分解、离散对数等问题具有交换代数结构的密码体制(如RSA、ECC和EIGamal密码)构成威胁,因此研究具有非交换代数结构的密码体制是一项富有挑战性的课题.针对该课题,Kahrobaei等人于2013年将一般矩阵... 量子计算技术的发展对基于大整数因子分解、离散对数等问题具有交换代数结构的密码体制(如RSA、ECC和EIGamal密码)构成威胁,因此研究具有非交换代数结构的密码体制是一项富有挑战性的课题.针对该课题,Kahrobaei等人于2013年将一般矩阵群环作为平台提出了HKKS密钥交换协议并且于2014年将有限域上的矩阵群作为平台介绍该HKKS密钥交换协议.该文针对基于有限域上矩阵群的HKKS密钥交换协议,提出了4种攻击方法:结构攻击、线性化方程组攻击、超定多变量方程组攻击和离散对数方法攻击,并且分别给出了对应的算法描述和有效性分析.通过分析可知:(1)结构攻击算法是确定性算法,能够在O(n2ω)计算复杂度内获得共享密钥,其中n是矩阵H的阶数,ω≈2.3755;(2)线性化方程组攻击和超定多变量方程组攻击都利用Halmiton-Caylay定理将HKKS协议中私钥矩阵对(Ha,(HM)a)和(H-a,(HM)a)进行线性表示,采用线性方程组求解和XL算法求出一个相应的等价私钥矩阵进而计算共享密钥,这两种攻击方法的计算复杂度分别是O(nω+1)和O(n2ω);(3)当矩阵H(或者是矩阵HM)的特征多项式可约时,离散对数方法利用伴侣矩阵的性质分析P-HKKS问题进而求出该协议的私钥a(或者b),分析该方法的计算复杂度是O(n4).与此同时,该文分别将结构攻击、线性化方程组攻击、超定多变量方程组攻击应用到一般矩阵群环上的HKKS协议,这3种攻击方法也分别能够在多项式计算复杂度内得到共享密钥.与ACNS 2014会议上提出的线性代数攻击方法相比,结构攻击方法是确定性算法并且线性化方程组攻击的计算复杂度最低.最后,该文在给出攻击算法的基础上对HKKS协议给出了一些修正建议. 展开更多
关键词 密码学 抗量子计算密码 密钥交换协议 密码分析 矩阵分解
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一种C程序内存访问缺陷自动化检测方法研究 被引量:3
10
作者 杨飏 张焕国 王后珍 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2010年第6期155-158,185,共5页
符号执行是目前较为行之有效的软件缺陷自动化检测方法,计算代价昂贵与程序执行路径爆炸是两个影响其性能的关键问题。提出了一种针对C语言程序内存访问缺陷的符号执行检测方法,该方法可通过自动化构造的测试用例发现程序内部的内存访... 符号执行是目前较为行之有效的软件缺陷自动化检测方法,计算代价昂贵与程序执行路径爆炸是两个影响其性能的关键问题。提出了一种针对C语言程序内存访问缺陷的符号执行检测方法,该方法可通过自动化构造的测试用例发现程序内部的内存访问缺陷,如缓冲区溢出、跨界访问和指针异常等。使用符号跟踪缓冲区长度的方法,一方面减少了符号变量的数量,另一方面由此精确抽象C语言库中字符串操作函数的行为,解决了符号执行过程间函数调用的步进问题;使用动态切片的方法,裁减路径探索过程中的冗余路径,从而解决在程序内部路径搜索时发生的路径爆炸问题。实验表明,提供的检测方法不但可行,而且验证代价较小,具有较强的实用性。 展开更多
关键词 静态分析 符号执行 程序切片 约束求解
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抗量子计算密码体制研究(待续) 被引量:3
11
作者 张焕国 王后珍 《信息网络安全》 2011年第5期1-4,共4页
量子计算机的发展,对目前广泛应用的RSA、ECC等公钥密码体制构成了严重的威胁,面临量子计算机的挑战,国际上掀起了抗量子计算公钥密码的研究热潮。介绍了常见的几种抗量子公钥密码体制,对这些方案作出了较为详细的评述,并对这一领域的... 量子计算机的发展,对目前广泛应用的RSA、ECC等公钥密码体制构成了严重的威胁,面临量子计算机的挑战,国际上掀起了抗量子计算公钥密码的研究热潮。介绍了常见的几种抗量子公钥密码体制,对这些方案作出了较为详细的评述,并对这一领域的研究与发展给出了展望,同时指出了一系列值得研究的开放问题。 展开更多
关键词 密码学 量子计算 抗量子密码学
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抗量子计算密码体制研究(续前) 被引量:2
12
作者 张焕国 王后珍 《信息网络安全》 2011年第6期56-59,共4页
该文首先介绍了量子计算机的发展现状,指出其对目前广泛应用的RSA、ECC等公钥密码体制构成了严重的威胁。面对量子计算机的挑战,国际上掀起了抗量子计算公钥密码的研究热潮。该文介绍了常见的几种抗量子公钥密码体制,对这些方案作出了... 该文首先介绍了量子计算机的发展现状,指出其对目前广泛应用的RSA、ECC等公钥密码体制构成了严重的威胁。面对量子计算机的挑战,国际上掀起了抗量子计算公钥密码的研究热潮。该文介绍了常见的几种抗量子公钥密码体制,对这些方案作出了较为详细的评述,并对这一领域的研究与发展给出了展望,同时指出了一系列值得研究的开放问题。 展开更多
关键词 密码学 量子计算 抗量子密码学
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Aitps:基于非对称模格问题的两方协同签名方案 被引量:4
13
作者 文嘉明 王后珍 +1 位作者 刘金会 张焕国 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2023年第9期2137-2151,共15页
物联网和区块链等技术的兴起和发展,使得多方协同签名协议重新受到了关注.多方协同签名是一种特殊的数字签名,要求多个用户进行交互后共同对一个消息产生合法的签名,以达到认证的目的.优点在于相比起每个用户分别进行签名可以缩短尺寸,... 物联网和区块链等技术的兴起和发展,使得多方协同签名协议重新受到了关注.多方协同签名是一种特殊的数字签名,要求多个用户进行交互后共同对一个消息产生合法的签名,以达到认证的目的.优点在于相比起每个用户分别进行签名可以缩短尺寸,同时使用分布式的方法,任何一方都无法独自进行签名,防范了因为单个用户的密钥丢失或被劫持而导致被冒充身份的隐患.另一方面,量子计算机的进展对传统的公钥密码方案构成了潜在的威胁,美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)在2016年启动抗量子密码(post-quantum cryptography,PQC)的国际标准征集项目,并于2022年7月确定了被选为标准的算法.同时,基于其入选的数字签名方案(例如CRYSTALS-Dilithium)的协同签名方案也已经陆续出现.2019年,中国密码学会举办了全国密码算法设计竞赛,其中公钥组获得一等奖的Aigis-sig签名方案采用了与Dilithium类似的结构.基于Aigis-sig数字签名方案设计了一种两方协同签名方案,称之为Aitps,并根据其提供的参数进行了实例化和对比,得到了相比已有的所有基于Dilithium的两方协同签名方案更优的密钥和签名大小,例如在同等的安全强度下签名尺寸可缩减20%以上.此外,该方案也可以扩展为多方协同签名. 展开更多
关键词 数字签名 两方协同签名 基于格的密码学 抗量子密码 密钥保护
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基于量子BCH码的McEliece及Niederreiter公钥密码算法研究 被引量:2
14
作者 韩海清 张焕国 +1 位作者 赵波 王后珍 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期152-159,共8页
针对量子计算攻击对传统密码体制的安全威胁,设计出一类抗量子攻击的McEliece公钥密码体制,因为量子计算没有攻击McEliece公钥密码体制的多项式时间算法。给出了3类量子BCH码的生成算法,第1类是一般性量子BCH码生成算法,第2类是特殊的... 针对量子计算攻击对传统密码体制的安全威胁,设计出一类抗量子攻击的McEliece公钥密码体制,因为量子计算没有攻击McEliece公钥密码体制的多项式时间算法。给出了3类量子BCH码的生成算法,第1类是一般性量子BCH码生成算法,第2类是特殊的对称量子BCH码生成算法,第3类是特殊的非对称量子BCH码生成算法。以本文生成的非对称量子BCH码为基础,设计出量子McEliece公钥密码体制和量子Niederreiter公钥密码体制,详细给出这两种公钥体制的加密和解密过程。给出的密码体制既保留了抗量子计算优点,又能在量子态下加密和解密,其基本域为任意有限域。分析了这两种体制的计算复杂性理论、数据结构及算法模式,得到了时间复杂性和空间复杂性达到指数级,得到了抵抗Shor算法和Grover算法攻击的结果。最后,利用量子BCH码的结构特征,设计了一种经典Niederreiter体制数字签名,具有抗量子攻击能力。 展开更多
关键词 CSS构造 量子BCH码 基于纠错码公钥密码体制 抗量子攻击 数字签名
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基于e次根攻击RSA的量子算法 被引量:1
15
作者 王亚辉 张焕国 王后珍 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期163-169,共7页
量子算法的出现给现有的公钥密码体制带来了严峻挑战,其中,最具威胁的是Shor算法。Shor算法能够在多项式时间内求解整数分解问题和离散对数问题,使得当前应用广泛的RSA、ElGamal和ECC等公钥密码体制在量子计算环境下不再安全,因此研究... 量子算法的出现给现有的公钥密码体制带来了严峻挑战,其中,最具威胁的是Shor算法。Shor算法能够在多项式时间内求解整数分解问题和离散对数问题,使得当前应用广泛的RSA、ElGamal和ECC等公钥密码体制在量子计算环境下不再安全,因此研究量子计算环境下的密码破译就有重大意义。解决整数分解问题是Shor算法攻击RSA的核心思想,但攻破RSA并非一定要从解决整数分解问题入手。作者试图从非整数分解角度出发,设计攻破RSA密码体制的量子算法。针对RSA公钥密码体制的特点,通过量子傅里叶变换求出RSA密文C模n的e次根进而得到RSA的明文M。即不通过整数分解问题攻破了RSA。与以往密码分析者通过分解模数n试图恢复私钥的做法不同,直接从恢复明文消息入手,给出一个对抗RSA密码体制的唯密文攻击算法。研究表明,本文算法的成功概率高于利用Shor算法攻击RSA的成功概率。同时本文算法具有如下性质,即不通过解决整数分解问题实现攻破RSA,且避开了密文C模n的阶为偶数这一限制。 展开更多
关键词 信息安全 密码学 RSA密码 量子计算
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