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基于广播加密的叛逆者追踪研究

作　者: 张学军
导　师: 周利华
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 广播加密 叛逆者追踪 不经意多项式估值 多服务 抗共谋 非对称 增加或撤销用户 用户密钥耐用性 黑盒子追踪效率 语义安全
分类号: TP309
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


叛逆者追踪技术是国际上90年代以来才形成的一个交叉研究方向。近几年来，叛逆者追踪技术的研究发展十分迅速，研究队伍迅速壮大，现在已成为信息安全领域的一个热门研究课题。目前叛逆者追踪有两个主要研究方向：（1）基于广播加密的叛逆者追踪。（2）基于数字指纹（水印）的叛逆者追踪。本文集中在基于广播加密的叛逆者追踪技术的应用基础研究。叛逆者追踪的研究成果对在广播加密领域（如付费电视，在线数据库等）提供完善的数字版权保护具有较大的理论价值和应用价值。本文的研究内容主要围绕着基于广播加密的叛逆者追踪中的一些重要特性而展开的，系统地研究叛逆者追踪中的多服务性、抗共谋性、非对称性、增加或撤销用户、用户密钥耐用性、黑盒追踪效率、安全性等特性，本文的主要研究成果总结如下：1．分析了一个基于RSA的叛逆者追踪方案，指出它存在一个明显的漏洞，通过引入一个随机数解决了该问题。分析了一个基于对数困难问题的无废除门限的公钥叛逆者追踪方案，指出它实际上仍受到废除门限的限制。另外，提出了一个叛逆者追踪方案的密钥盲化攻击模型。2．利用不经意多项式估值协议和服务参数提出了一个改进的Matsushita方案，改进方案在保持了原Matsushita方案可灵活撤销用户、黑盒子追踪、安全性不变的基础上，增加了提供多种服务、防止叛逆者抵赖（即非对称）等优点，整体性能好于Matsushita方案。提出了一种支持多频道服务（如多个电视频道服务等）的非对称公钥叛逆者追踪方案，该方案具有支持多频道服务、抗共谋、非对称、用户密钥的耐用性、黑盒子追踪等众多优点，并且在DDH困难问题的假设下证明了新方案是语义上安全的，通过分析表明新方案的整体性能明显好于一些已有方案。提出了一种改进的基于双线性映射的叛逆者追踪方案，改进方案在保持了与原T（?）方案性能大体相同的前提下，增加了提供多种服务、用户无法抵赖其叛逆行为和数据提供商无法陷害无辜用户等优点，并且也在判定双线性Diffie-Hellman问题的假设下证明了改进方案是语义上安全的。3．提出了一个基于大整数分解困难问题的叛逆者追踪方案，该方案的主要思想是基于大整数分解困难问题构造等式，并引进参数传递服务密钥，解密时利用上述等式和服务密钥可获得会话密钥。与现有两种方案相比，新方案具有抗共谋性、黑盒追踪、密文长度是常量、增加用户或撤销用户以及前向安全性和后向安全性等优点，整体性能好于现有两种方案。然后，在此基础上，引进参数传递服务密钥，将上述方案扩展成面向多服务的基于大整数分解困难问题的叛逆者追踪方案。扩展方案除具有述方案的所有优点外还增加了支持多服务功能，即用户可同时订阅多种服务（如多个电视频道服务、多个数据库服务等）。4．提出了四种混合型的叛逆者追踪方案，其主要思想是将会话密钥S分解成S1与S2之和，由方案1来解密S1，由方案2来解密S2。在两种方案组合的基础上形成一种新的叛逆者追踪方案。第一种混合方案的主要贡献是它具有如下特性：能阻止叛逆者共谋攻击的发生；DS可以向第三方提供不可否认证据，即用户不能抵赖其叛逆行为；不用打开盗版者的解码器，只通过请求／应答的方式追踪叛逆者。第二种混合方案除具有第一种混合方案的抗共谋、非对称、黑盒子追踪特性外，还具有用户密钥的耐用性，即当增加用户或者撤消用户时无需改变现有用户的密钥。第三种混合方案除具有第二种混合方案的抗共谋、非对称、黑盒子追踪、用户密钥的耐用性特性外，还增加了多服务（如多个电视频道服务、多个数据库服务等）。第四种混合方案与第三种混合方案具有的多种特性相同，但是构造方法不同，两者各有千秋。5．提出了一种新的无第三方参与的买方卖方水印协议，该协议利用秘密共享和同态公钥密码体制思想，买方和卖方各随机产生部分秘密，交易时由卖方在加密的状态下将两个秘密合成一个秘密，并作为水印内容嵌入数字产品。所提水印协议能很好地解决盗版追踪、消费者权益保护等问题，同时，由于没有第三方的参与，可以完全避免共谋问题的发生。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-16
第一章 绪论  16-24
  1.1 课题的背景与研究意义  16-18
  1.2 叛逆者追踪的研究现状  18-21
  1.3 本文研究的主要内容  21-22
  1.4 本文主要的研究成果  22-24
第二章 基于广播加密叛逆者追踪的基础知识  24-30
  2.1 数论基础  24-25
  2.2 密码学基础  25-27
    2.2.1 三个数学难题  25
    2.2.2 两个公钥密码体制  25-27
  2.3 典型的基于广播加密的叛逆者追踪算法介绍  27-29
    2.3.1 ElGamal型叛逆者追踪算法  27
    2.3.2 RSA型叛逆者追踪算法  27-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章 叛逆者追踪方案的密码学分析  30-41
  3.1 引言  30-31
  3.2 一个基于RSA的叛逆者追踪方案的密码学分析  31-32
    3.2.1 Ma方案  31-32
      3.2.1.1 RSA加密算法  31
      3.2.1.2 系统设置  31
      3.2.1.3 叛逆者追踪  31-32
    3.2.2 对Ma方案的分析  32
    3.2.3 对Ma方案的改进  32
  3.3 一个基于离散对数的叛逆者追踪方案的密码学分析  32-36
    3.3.1 He方案  32-35
      3.3.1.1 初始化过程  32-34
      3.3.1.2 加密  34
      3.3.1.3 解密  34
      3.3.1.4 废除叛逆者的解密能力  34-35
    3.3.2 对He方案的分析  35-36
  3.4 叛逆者追踪方案的密钥盲化攻击模型  36-40
    3.4.1 叛逆者追踪方案的密钥盲化攻击模型  36-37
    3.4.2 叛逆者追踪方案攻击实例  37-40
      3.4.2.1 Boneh-Franklin方案简介  37-38
      3.4.2.2 对Boneh-Franklin方案的密钥盲化攻击  38-40
  3.5 本章小结  40-41
第四章 基于离散对数困难问题的叛逆者追踪方案  41-59
  4.1 引言  41-42
  4.2 面向多服务的可灵活撤销的非对称叛逆者追踪方案  42-46
    4.2.1 不经意多项式估值协议OPE  42
    4.2.2 改进方案  42-45
      4.2.2.1 系统初始化  42-43
      4.2.2.2 用户注册  43
      4.2.2.3 用户订阅服务  43-44
      4.2.2.4 加密  44
      4.2.2.5 解密  44-45
      4.2.2.6 黑盒子追踪  45
    4.2.3 安全性分析  45
    4.2.4 性能比较  45-46
  4.3 一种支持多频道服务的抗共谋的非对称公钥叛逆者追踪方案  46-53
    4.3.1 方案 1  46-49
      4.3.1.1 系统设置  46-47
      4.3.1.2 用户注册  47
      4.3.1.3 用户订阅频道  47-48
      4.3.1.4 加密算法  48
      4.3.1.5 解密算法  48-49
    4.3.2 方案 2  49-50
      4.3.2.1 密钥和公钥的建立  49
      4.3.2.2 加密  49-50
      4.3.2.3 解密  50
    4.3.3 新方案  50-53
      4.3.3.1 用户注册  50
      4.3.3.2 用户订阅频道  50
      4.3.3.3 加密算法  50
      4.3.3.4 解密算法  50
      4.3.3.5 追踪算法  50-51
      4.3.3.6 用户密钥的耐用性  51
      4.3.3.7 安全性分析  51-52
      4.3.3.8 同其它有关方案的性能比较  52-53
  4.4 改进的基于双线性映射的叛逆者追踪方案  53-58
    4.4.1 预备知识  53
      4.4.1.1 双线性映射  53
      4.4.1.2 判定双线性Diffie-Hollman问题  53
    4.4.2 改进方案  53-56
      4.4.2.1 系统初始化  53
      4.4.2.2 用户注册  53-54
      4.4.2.3 用户订阅服务  54
      4.4.2.4 加密算法  54-55
      4.4.2.5 解密算法  55
      4.4.2.6 追踪算法  55-56
      4.4.2.7 撤销用户算法  56
    4.4.3 安全性分析  56-57
    4.4.4 性能比较  57-58
  4.5 本章小结  58-59
第五章 基于大整数分解困难问题的叛逆者追踪方案  59-73
  5.1 引言  59-60
  5.2 一种基于大整数分解困难问题的叛逆者追踪方案  60-66
    5.2.1 系统初始化  60
    5.2.2 用户注册  60-61
    5.2.3 加密  61
    5.2.4 解密  61
    5.2.5 安全性分析  61-63
    5.2.6 黑盒叛逆者追踪  63-65
    5.2.7 增加用户和撤销用户  65-66
      5.2.7.1 增加用户  65
      5.2.7.2 撤销用户  65-66
  5.3 面向多服务的基于大整数分解困难问题的叛逆者追踪方案  66-72
    5.3.1 系统初始化  66
    5.3.2 用户注册  66-67
    5.3.3 用户订阅服务  67
    5.3.4 加密  67
    5.3.5 解密  67
    5.3.6 安全性分析  67-69
    5.3.7 黑盒叛逆者追踪  69-71
    5.3.8 增加用户和撤销用户  71
      5.3.8.1 增加用户  71
      5.3.8.2 撤销用户  71
    5.3.9 与其它相关方案的性能比较  71-72
  5.4 本章小结  72-73
第六章 混合型的叛逆者追踪方案  73-102
  6.1 引言  73-74
  6.2 抗共谋的非对称公钥叛逆者追踪方案  74-78
    6.2.1 方案 1  74-76
      6.2.1.1 用户注册  75
      6.2.1.2 加密算法  75
      6.2.1.3 解密算法  75
      6.2.1.4 追踪算法  75-76
    6.2.2 方案 2  76
      6.2.2.1 密钥和公钥的建立  76
      6.2.2.2 加密  76
      6.2.2.3 解密  76
    6.2.3 新方案  76-78
      6.2.3.1 用户注册  76-77
      6.2.3.2 加密算法  77
      6.2.3.3 解密算法  77
      6.2.3.4 追踪算法  77-78
      6.2.3.5 安全性分析  78
  6.3 新的抗共谋的非对称公钥叛逆者追踪方案  78-85
    6.3.1 方案 1  78-81
      6.3.1.1 系统设置  78-79
      6.3.1.2 用户注册  79-80
      6.3.1.3 加密算法  80
      6.3.1.4 解密算法  80-81
    6.3.2 方案 2  81-82
      6.3.2.1 密钥和公钥的建立  81
      6.3.2.2 加密  81-82
      6.3.2.3 解密  82
    6.3.3 新方案  82-85
      6.3.3.1 用户注册  82
      6.3.3.2 加密算法  82
      6.3.3.3 解密算法  82
      6.3.3.4 追踪算法  82-83
      6.3.3.5 用户密钥的耐用性  83-84
      6.3.3.6 安全性分析  84
      6.3.3.7 同其它有关方案的性能比较  84-85
  6.4 面向多服务的抗共谋的非对称公钥叛逆者追踪方案  85-91
    6.4.1 方案 1  85-88
      6.4.1.1 系统设置  85-86
      6.4.1.2 用户注册  86
      6.4.1.3 用户订阅服务  86-87
      6.4.1.4 加密算法  87
      6.4.1.5 解密算法  87-88
    6.4.2 方案 2  88
    6.4.3 新方案  88-91
      6.4.3.1 用户注册  89
      6.4.3.2 用户订阅服务  89
      6.4.3.3 加密算法  89
      6.4.3.4 解密算法  89
      6.4.3.5 追踪算法  89-90
      6.3.3.6 用户密钥的耐用性  90
      6.4.3.7 安全性分析  90
      6.4.3.8 同其它有关方案的性能比较  90-91
  6.5 新的面向多服务的抗共谋的非对称公钥叛逆者追踪方案  91-100
    6.5.1 方案 1  91-93
      6.5.1.1 系统初始化  91
      6.5.1.2 用户注册  91-92
      6.5.1.3 加密  92
      6.5.1.4 解密  92
      6.5.1.5 安全性分析  92-93
    6.5.2 方案 2  93-94
      6.5.2.1 系统初始化  93
      6.5.2.2 用户注册  93
      6.5.2.3 用户订阅服务  93-94
      6.5.2.4 加密算法  94
      6.5.2.5 解密算法  94
      6.5.2.6 安全性分析  94
    6.5.3 组合方案  94-100
      6.5.3.1 系统初始化  94-95
      6.5.3.2 用户注册  95
      6.5.3.3 用户订阅服务  95
      6.5.3.4 加密算法  95
      6.5.3.5 解密算法  95
      6.5.3.6 黑盒叛逆者追踪  95-97
      6.5.3.7 增加用户和撤销用户  97-98
      6.5.3.8 安全性分析  98-99
      6.5.3.9 实现与实例  99-100
      6.5.3.10 同其它有关方案的性能比较  100
  6.6 四种混合型叛逆者追踪方案的比较  100-101
  6.7 本章小结  101-102
第七章 新的无第三方参与的买方卖方水印协议  102-108
  7.1 引言  102
  7.2 同态公钥密码体制  102-104
    7.2.1 参数设置  102-103
    7.2.2 密钥生成  103
    7.2.3 加密  103
    7.2.4 解密  103-104
  7.3 一个新的买方卖方水印协议  104-106
    7.3.1 注册子协议  104
    7.3.2 水印子协议  104-105
    7.3.3 仲裁子协议  105-106
  7.4 安全性和可实现性分析  106-107
  7.5 本章小结  107-108
结束语  108-110
参考文献  110-119
致谢  119-120
攻博期间的研究论文和参加的科研项目  120-121

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 一般性问题 > 安全保密
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