Цифрлық қолтаңбалау және шифрлеуді біріктіретін signcryption әдісі
Signcryption
Цифрлық қолтаңба мен шифрлеуді біріктіретін signcryption қауіпсіздікті арттырады, жылдамдық пен тиімділікті ұсынады. Қазіргі заманғы криптографиялық технология!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Криптографияда, signcryption – бір мезгілде цифрлық қолтаңба мен шифрлеу функцияларын орындайтын ашық кілт примитиві. Шифрлеу және цифрлық қолтаңба – құпиялылықты, толықтығын және жауапкершіліктен босатуды қамтамасыз ететін екі негізгі криптографиялық құрал. 1997 жылға дейін олар әртүрлі криптографиялық жүйелердің маңызды, бірақ бөлек құрылыс блоктары ретінде қарастырылды. Ашық кілт схемаларында дәстүрлі әдіс – хабарламаға цифрлық қол қою, содан кейін шифрлеу (қол қою, содан кейін шифрлеу) болып табылады, бұл төмен тиімділік және мұндай жиынтықтың жоғары құны сияқты екі проблемаға әкелуі мүмкін, сондай-ақ кез келген кездейсоқ схема қауіпсіздікке кепілдік бере алмайды. Signcryption – цифрлық қолтаңба мен шифрлеу функцияларын бір логикалық қадамда орындайтын салыстырмалы түрде жаңа криптографиялық техника, және дәстүрлі қол қою және шифрлеу схемаларымен салыстырғанда есептеу шығындарын және байланыс жүктемесін тиімді түрде азайта алады. Signcryption цифрлық қолтаңбалардың және шифрлеу схемаларының қасиеттерін, қол қою мен шифрлеуді бөлек орындаудан гөрі тиімдірек жолмен қамтамасыз етеді. Бұл оның тиімділігінің кем дегенде бір аспектісі (мысалы, есептеу уақыты) белгілі бір қауіпсіздік моделі бойынша цифрлық қолтаңба мен шифрлеу схемаларының кез келген гибридінен жақсы дегенді білдіреді. Кейде қарапайым шифрлеудің орнына гибридті шифрлеу қолданылуы мүмкін, ал бірнеше шифрлеу үшін бір сессия кілті қайта пайдаланылады, бұл көптеген қолтаңбалы шифрлеулерде сигналды шифрлеу схемасына қарағанда жалпы тиімділікке қол жеткізу үшін жасалады, бірақ сессия кілтінің қайта пайдаланылуы тіпті салыстырмалы түрде әлсіз CPA моделі бойынша жүйенің қауіпсіздігін жоғалтуға әкелуі мүмкін. Сондықтан гибридті шифрлеу схемасындағы әрбір хабарлама үшін кездейсоқ сессия кілті қолданылады, бірақ берілген қауіпсіздік деңгейі үшін (яғни, берілген модель, мысалы CPA), қолтаңбалы шифрлеу схемасы кез келген қарапайым қолтаңбалы гибридті шифрлеу комбинациясынан тиімді болуы керек.
In cryptography, signcryption is a public key primitive that simultaneously performs the functions of both digital signature and encryption. Encryption and digital signature are two fundamental cryptographic tools that can guarantee the confidentiality, integrity, and non repudiation. Until 1997, they were viewed as important but distinct building blocks of various cryptographic systems. In public key schemes, a traditional method is to digitally sign a message then followed by an encryption (signature then encryption) that can have two problems: Low efficiency and high cost of such summation, and the case that any arbitrary scheme cannot guarantee security. Signcryption is a relatively new cryptographic technique that is supposed to perform the functions of digital signature and encryption in a single logical step and can effectively decrease the computational costs and communication overheads in comparison with the traditional signature then encryption schemes. Signcryption provides the properties of both digital signatures and encryption schemes in a way that is more efficient than signing and encrypting separately. This means that at least some aspect of its efficiency (for example the computation time) is better than any hybrid of digital signature and encryption schemes, under a particular model of security. Note that sometimes hybrid encryption can be employed instead of simple encryption, and a single session key reused for several encryptions to achieve better overall efficiency across many signature encryptions than a signcryption scheme but the session key reuse causes the system to lose security under even the relatively weak CPA model. This is the reason why a random session key is used for each message in a hybrid encryption scheme but for a given level of security (i. e., a given model, say CPA), a signcryption scheme should be more efficient than any simple signature hybrid encryption combination.
Тарих
Бірінші белгілік шифрлау схемасын Юлианг Чжэн 1997 жылы ұсынды. Чжэн сондай-ақ эллипстік қисыққа негізделген белгілік шифрлау схемасын ұсынды, ол дәстүрлі эллипстік қисыққа негізделген қолтаңбалау, содан кейін шифрлау схемаларымен салыстырғанда есептеу шығындарының 58%-ын және байланыс шығындарының 40%-ын үнемдейді. Сонымен қатар, жылдар бойы көптеген басқа белгілік шифрлау схемалары ұсынылды, олардың әрқайсысының өзіндік мәселелері мен шектеулері бар, бірақ әртүрлі деңгейдегі қауіпсіздік пен есептеу шығындарын ұсынады.
The first signcryption scheme was introduced by Yuliang Zheng in 1997. Zheng also proposed an elliptic curve based signcryption scheme that saves 58% of computational and 40% of communication costs when it is compared with the traditional elliptic curve based signature then encryption schemes. There are also many other signcryption schemes that have been proposed throughout the years, each of them having its own problems and limitations, while offering different levels of security and computational costs.
Құрылымы мен мақсаттары
Signcryption схемасы әдетте үш алгоритмнен тұрады: Кілт жасау (Gen), Signcryption (SC) және Unsigncryption (USC). Gen кез келген пайдаланушы үшін кілттер жұбын жасайды, SC көбінесе ықтималдық алгоритм болып табылады, ал USC, әдетте, детерминистік болады. Кез келген signcryption схемасы мынадай қасиеттерге ие болуы керек:
A signcryption scheme typically consists of three algorithms: Key Generation (Gen), Signcryption (SC), and Unsigncryption (USC). Gen generates a pair of keys for any user, SC is generally a probabilistic algorithm, and USC is most likely deterministic. Any signcryption scheme should have the following properties:
Дұрыс болуы: Кез келген signcryption схемасы тексеріле алатын дәлдікке ие болуы тиіс. Тиімділік: Signcryption схемасының есептеулік шығындары мен байланыс жүктемесі, бірдей мүмкіндіктерді ұсынатын ең жақсы белгілі қолтаңба және шифрлау схемаларымен салыстырғанда аз болуы керек. Қауіпсіздік: Signcryption схемасы шифрлау схемасының және цифрлық қолтаңбаның қауіпсіздік атрибуттарын бірдей қанағаттандыруы керек. Мұндай қосымша қасиеттерге негізінен мыналар жатады: құпиялылық, жасалмаушылық, тұтастық және жауапкершіліктен босату. Кейбір signcryption схемалары хабардың құпиялылығын қоғамдық түрде тексеру және алға бағытталған құпиялылық сияқты қосымша мүмкіндіктерді ұсынады, ал басқалары оларды ұсынбайды. Мұндай қасиеттер көптеген қолданбаларда қажетті, ал басқаларында қажет болмауы мүмкін. Төменде жоғарыда аталған қасиеттер туралы қысқаша мәлімет берілген. Құпиялылық: Адаптивті шабуылшы үшін, жіберушінің немесе белгіленген алушының жеке кілтінсіз, signcryption мәтінінің мазмұны туралы жартылай ақпарат алу есептеу жағынан мүмкін болмауы керек. Жасалмаушылық: Адаптивті шабуылшы үшін, шынайы жіберуші болып көрінуге және Unsigncryption алгоритмімен қабылданатын нақты signcryption мәтінін жасау мүмкін болмауы керек. Жауапкершіліктен босату: Алушы үшінші тарапқа (мысалы, судьяға) жіберушінің signcryption мәтінін жібергенін дәлелдеу мүмкіндігі болуы керек. Бұл жіберушінің бұрынғы signcryption мәтіндерін жоққа шығаруына жол бермейді. Тұтастық: Алушы алынған хабарламаның жіберушінің жіберген түпнұсқа хабарлама екенін тексеруге қабілетті болуы керек. Қоғамдық тексеру: Кез келген үшінші тарап жіберушінің немесе алушының жеке кілтінсіз signcryption мәтінінің оған сәйкес келетін хабарламаның жарамды signcryption екенін тексеруге қабілетті болуы керек. Хабардың құпиялылығын сақтау: Егер жіберушінің ұзақ мерзімді жеке кілті бұзылса, бұрынғы signcryption мәтіндерінің ашық мәтінін ешкім алуға құқылы болмауы керек. Стандартты signcryption схемасында, ұзақ мерзімді жеке кілт бұзылған жағдайда, бұрынғы барлық қолтаңбалар сенімсіз болып қалады. Кілттің ашылу қаупі ұялы телефондар сияқты нашар қорғалған құрылғыларда криптографиялық есептеулер жиі орындалатындықтан артты, сондықтан мұндай жүйелерде алға бағытталған құпиялылық маңызды атрибут болып табылады.
Correctness: Any signcryption scheme should be verifiably correct. Efficiency: The computational costs and communication overheads of a signcryption scheme should be smaller than those of the best known signature then encryption schemes with the same provided functionalities. Security: A signcryption scheme should simultaneously fulfill the security attributes of an encryption scheme and those of a digital signature. Such additional properties mainly include: Confidentiality, Unforgeability, Integrity, and Non repudiation. Some signcryption schemes provide further attributes such as Public verifiability and Forward secrecy of message confidentiality while the others do not provide them. Such properties are the attributes that are required in many applications while the others may not require them. Hereunder, the above mentioned attributes are briefly described. Confidentiality: It should be computationally infeasible for an adaptive attacker to gain any partial information on the contents of a signcrypted text, without knowledge of the sender's or designated recipient's private key. Unforgeability: It should be computationally infeasible for an adaptive attacker to masquerade as an honest sender in creating an authentic signcrypted text that can be accepted by the unsigncryption algorithm. Non repudiation: The recipient should have the ability to prove to a third party (e. g. a judge) that the sender has sent the signcrypted text. This ensures that the sender cannot deny his previously signcrypted texts. Integrity: The recipient should be able to verify that the received message is the original one that was sent by the sender. Public verifiability: Any third party without any need for the private key of sender or recipient can verify that the signcrypted text is the valid signcryption of its corresponding message. Forward secrecy of message confidentiality: If the long term private key of the sender is compromised, no one should be able to extract the plaintext of previously signcrypted texts. In a regular signcryption scheme, when the long term private key is compromised, all the previously issued signatures will not be trustworthy any more. Since the threat of key exposure is becoming more acute as the cryptographic computations are performed more frequently on poorly protected devices such as mobile phones, forward secrecy seems an essential attribute in such systems.