一种适用于安全组播的加密算法和密钥管理方案

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一种适用于安全组播的加密算法和密钥管理方案,华南理工大学信息网络中心,指导老师：周杰,报告人：曹国梁,无需Re-key的安全组播加密算法和密钥管理方案,引言,方案的思路,加密算法和密钥设计,安全组播应用,强度分析,待研究问题,引言,Multicast的安全核心三要素,历史上的各种管理方式,扩展力VS控制力,安全度VS效率,引言安全核心三要素,前向加密,后向加密,同谋破解,引言历史上的各种管理方式,GKMP（前向保密弱）,Clique（扩展性差）,Iolus（引入子组，系统瓶颈和失效点）,集中控制逻辑密钥树（治标）,分布控制逻辑密钥树（TGDH，大大发展，将叶子平面树化管理，用深度管理面积，值得借鉴）,引言两对矛盾,控制力VS扩展力,安全度VS效率,引言无需re-key的安全组播,已有的某种方式？（DFKM，Does it exist？）,同谋破解问题难以解决。,方案的思路新的抗同谋、无需re-key的组播,假设某组播组有三个收听用户A、B、C，分配给他们的密钥分别是a、b、c。,利用用户私钥，生成加密密钥。,方案的思路新的抗同谋、无需re-key的组播,方案的思路前向保密、后向保密、抗同谋破解,有新用户D加入组播组，被分配密钥d。,d does not match I1，I2,假设用户A退出或者被踢出组播组，密钥管理者今后不令a参与生成任何Ii,a does not match any Ii,令组成员手中的密钥互不相同或密钥组合没有交集，来抗同谋破解。,加密算法和密钥设计猫映射,猫映射,加密算法和密钥设计猫映射成立条件,猫映射是起拉伸和折叠作用的双射，,加密算法和密钥设计猫映射在整数范围内的推广,推广到0，N1 中的整数值,加密算法和密钥设计推广的成立条件,同时为了在整数集上闭集运算，取a，b，c，d为正整数。其中，矩阵系数可以根据模运算律预先取模。,加密算法和密钥设计密钥选择,用猫映射的矩阵系数作为密钥,使用猫映射矩阵对正整数数值对进行加密，逆矩阵进行解密,优点：整数运算不引入误差，明密文长度相同，混合运算无需求幂，时间复杂度低,加密算法和密钥设计密钥设计,一条公式的推导,加密算法和密钥设计密钥设计,加密算法和密钥设计密钥设计,加密算法和密钥设计明文分组选择,32位机上的一个无符号字符,占1Byte，即8bit的0、1序列。,8bit的取值范围,0到2exp(8)-1。,32位机上的16个字符128bit的取值范围,0到2exp(128)-1。,在加密取模的过程中保证猫映射的双射性,取模数N要大于明文值,以16个字符为一个明文加密单位时，可取模数N为2exp(128)。,安全组播系统管理方式,1.集中式管理,安全组播系统管理方式,2.分布式管理,安全组播系统组播过程,1.以集中式管理方式为例,强管理控制,应用,2.以分布式管理方式为例,强扩展性，管理中心扮演仲裁者和告示栏,应用,3.两方式结合使用,安全组播系统安全特性,前向保密,后向保密,抗同谋,算法的强度分析密钥空间与抗穷举攻击,选择N一定要适当的大,选择大质数时，关注取值区间,对应多对密钥对的多次迭代,算法的强度分析明文分组加密方法与抗明文攻击,将明文看成正整数序列,进行首尾相环的迭代运算,密文值,与明文值有关,与明文序列有关,与迭代中间值有关。,序列长为u，迭代次数为v，每次迭代使用密钥对不同的加密过程进行一次明文破解分析,要建立2uv个方程,求解2uv + v个未知数,未知数的取值空间为N,算法的强度分析明文分组加密方法与抗明文攻击,加密性能,下面是在一台P4 2.4G CPU，512M内存的RedHat8.0 PC上的实验结果。实验使用的Freelip和Miracl都是著名的大数运算库。,对比,迭代次数与加密速度成反比。明文分组大时，任务批处理性能更好，但太大到底好不好，很难讲（要看不同大数运算库的算法设计）。,与之对比，Cisco1600新型路由器的软件加密，采用64bit DES，加密速度为128kbps,其它应考虑的问题,分布式管理设计中，需要由管理中心监控：新用户加入组播组时，被分配的私钥是各不相同的。,可以考虑冗余信息，以便更灵活的控制加密迭代次数，和密钥对使用顺序。,除了这种猫映射模运算加密方式外，可以选择其它强度更高的幂指运算加密算法。,谢谢！祝大家新年愉快吉祥如意,