شماره ركورد
26130
شماره راهنما
IT3 11
عنوان
تبادل كليد احراز اصالت شده مبتني بر كلمه عبور حافظ حريم خصوصي كاربر در دنياي پساكوانتوم
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي كامپيوتر- رايانش امن
دانشكده
مهندسي كامپيوتر
تاريخ دفاع
1404/11/20
صفحه شمار
200 ص.
استاد راهنما
حميد ملا
كليدواژه فارسي
گمنامي , تبادل كليد احراز اصالت شده , رمزنگاري مبتني بر مشبكه , يادگيري با خطا در حلقه , مقاومت در برابر حملات كوانتومي
چكيده فارسي
تبادل كليد، يك سازوكار پايهاي رمزنگاري است كه به دو يا چند موجوديت اجازه ميدهد روي يك كانال عمومي، كليد نشست مشتركي براي رمزنگاري پيامها ايجاد كنند. با اين حال، پروتكلهاي تبادل كليد بدون احراز اصالت در برابر حمله مردي در ميانه آسيبپذيرند؛ از اين رو تبادل كليد احراز اصالت شده (AKE)، براي احراز اصالت موجوديتها با اطلاعاتِ از پيش مشترك و تضمين امنيت در برابر دشمن فعال مطرح شد. در ميان انواع AKE، پروتكلهاي تبادل كليد احراز اصالت شده مبتني بر كلمه عبور (PAKE) به دليل سادگي، عدم نياز به زيرساخت كليد عمومي و كاربرپسندي، محبوب شدهاند. اين پروتكلها كلمه عبور با آنتروپي كم را به كليد نشست با آنتروپي بالا تبديل ميكنند. به علت نگرانيهاي مربوط به افشاي هويت، پروتكلهاي تبادل كليد احراز اصالت شده مبتني بر كلمه عبور گمنام (APAKE) نيز براي حفظ گمنامي كاربر در كنار تبادل كليد امن معرفي شدند. با ظهور رايانش كوانتومي و الگوريتمهايي مانند شور، امنيت طرحهاي سنتي (A)PAKE به طور جدي به چالش كشيده ميشود و گذار به نسخههاي پساكوانتومي را ضروري ميسازد. در همين راستا، از سال 2018 تلاشها براي طراحي APAKEهاي پساكوانتومي آغاز شده و چندين طرح مبتني بر مشبكه، به ويژه بر پايه RLWE، ارائه شده است كه با روش تصحيح خطا، كليد نشست را توليد ميكنند و از نظر پهناي باند كاراتر از روشهاي مبتني بر رمزگذاري كليدعمومي هستند. با اين حال، بررسيها نشان ميدهد كه طرحهاي APAKE دو طرفه پساكوانتومي موجود با چندين نقص امنيتي مهم مواجهاند. مهمترين ضعف آنها، ناشي از استفاده مجدد از جفت كليد خصوصي/عمومي بلندمدت كارگزار است كه اين طرحها را در برابر حملات نشت سيگنال و عدم تطابق كليد آسيبپذير كرده و در نهايت ميتواند به افشاي كليد خصوصي كارگزار منجر شود. افزون بر اين، هيچ يك از طرحهاي موجود در برابر حمله جعل هويت ناشي از افشاي كليد مقاوم نيستند. همچنين در بسياري از مراجع، فقدان رازماني پيشسو و عدم تضمين گمنامي كاربر در برابر كارگزار نيز مشاهده ميشود. هدف اصلي اين پژوهش، ارائه طرحهاي APAKE دو طرفه پساكوانتومي مبتني بر RLWE با كارايي مناسب است كه مقاومت همزمان در برابر حملات نشت سيگنال، عدم تطابق كليد و جعل هويت ناشي از افشاي كليد و نيز تضمين رازماني پيشسو و حفظ گمنامي كاربر را فراهم كنند. براي اين منظور، دو پروتكل نوين بر پايه RLWE و سازوكار تصحيح خطا ارائه شدهاند كه با استفاده از اعتبارسنجي غيرمستقيم كليد عمومي موقت كاربر، مقاومت كامل در برابر حملات نشت سيگنال و عدم تطابق كليد را تضمين ميكنند. طرح اول، كاملترين مجموعه ويژگيهاي امنيتي را با كارايي قابل قبول ارائه ميدهد و طرح دوم با صرف نظر از يك ويژگي (رازماني پيشسوي كامل)، حدود 21 درصد بهبود در پيچيدگي محاسباتي سمت كاربر و 1.4 درصد كاهش در سربار ارتباطي نسبت به طرح اول دارد. در مجموع، هر دو طرح، مقاومت در برابر حملات نشت سيگنال، عدم تطابق كليد و جعل هويت ناشي از افشاي كليد را فراهم كرده و توازني بهينه ميان امنيت و كارايي ارائه ميكنند.
كليدواژه لاتين
Anonymity , Authenticated key exchange , Lattice-based cryptography , Ring Learning With Errors , Quantum resistant
عنوان لاتين
Privacy-preserving Password-based Authenticated Key Exchange in Post-Quantum World
گروه آموزشي
مهندسي فناوري اطلاعات
چكيده لاتين
Key Exchange (KE) is a primitive enabling entities to establish a session key over a public channel for encryption. However, unauthenticated KE protocols are vulnerable to Man-in-the-Middle (MITM) attacks. This vulnerability led to the development of Authenticated Key Exchange (AKE), which authenticates the identity of participating entities using pre-shared information, ensuring security against active adversaries. Among AKEs, Password-Authenticated Key Exchange (PAKE) protocols have gained popularity due to simplicity, user-friendliness, and independence from a Public Key Infrastructure (PKI), converting low-entropy passwords into high-entropy session keys. To address identity exposure, Anonymous Password-Authenticated Key Exchange (APAKE) protocols preserve user anonymity during key exchange. However, quantum computing and Shorʹs algorithm threaten traditional (A)PAKE schemes, necessitating a transition to Post-Quantum Cryptography (PQC) and quantum-resistant APAKE. Post-quantum APAKE efforts since 2018 have yielded lattice-based schemes, relying on the Ring Learning With Errors (RLWE) problem for efficiency. They employ error reconciliation for session key generation, providing better bandwidth efficiency than Public Key Encryption (PKE)-based methods. However, existing two-party post-quantum APAKEs reveal serious security flaws. Their primary vulnerability stems from server long-term key reuse, exposing it to RLWE-specific attacks such as Signal Leakage Attack (SLA) and Key Mismatch Attack (KMA), which can compromise its private key. None of the existing schemes resist Key Compromise Impersonation (KCI) attacks, while several lack Forward Secrecy or user anonymity against the server. This research proposes two-party post-quantum APAKE schemes based on RLWE that provide comprehensive security, including resilience against SLA, KMA, and KCI attacks, assured Forward Secrecy, and user anonymity, while maintaining efficiency. It presents two protocols based on RLWE and error reconciliation. They leverage indirect validation of the userʹs ephemeral public key against SLA and KMA. The first provides comprehensive security with acceptable performance. The second improves computational and communication efficiency; sacrificing Perfect Forward Secrecy, it achieves approximately 21 improvement in user-side computational complexity and a 1.4 reduction in communication overhead. Both schemes resist SLA, KMA, and KCI attacks, balancing security and performance for post-quantum applications.
تعداد فصل ها
6
فهرست مطالب pdf
167861
نويسنده