49 research outputs found

    A Practical Set-Membership Proof for Privacy-Preserving NFC Mobile Ticketing

    Get PDF
    To ensure the privacy of users in transport systems, researchers are working on new protocols providing the best security guarantees while respecting functional requirements of transport operators. In this paper, we design a secure NFC m-ticketing protocol for public transport that preserves users' anonymity and prevents transport operators from tracing their customers' trips. To this end, we introduce a new practical set-membership proof that does not require provers nor verifiers (but in a specific scenario for verifiers) to perform pairing computations. It is therefore particularly suitable for our (ticketing) setting where provers hold SIM/UICC cards that do not support such costly computations. We also propose several optimizations of Boneh-Boyen type signature schemes, which are of independent interest, increasing their performance and efficiency during NFC transactions. Our m-ticketing protocol offers greater flexibility compared to previous solutions as it enables the post-payment and the off-line validation of m-tickets. By implementing a prototype using a standard NFC SIM card, we show that it fulfils the stringent functional requirement imposed by transport operators whilst using strong security parameters. In particular, a validation can be completed in 184.25 ms when the mobile is switched on, and in 266.52 ms when the mobile is switched off or its battery is flat

    Contributions to the security and privacy of electronic ticketing systems

    Get PDF
    Un bitllet electrònic és un contracte en format digital entre dues parts, l'usuari i el proveïdor de serveis, on hi queda reflectit l'acord entre ambdós per tal que l'usuari rebi el servei que desitja per part del proveïdor. Els bitllets són emprats en diferents tipus de serveis, com esdeveniments lúdics o esportius, i especialment en l'àmbit del transport. En aquest cas permet reduir costos donat l'alt volum d'usuaris, a més de facilitar la identificació del flux de viatges. Aquesta informació permet preveure i planificar els sistemes de transport de forma més dinàmica. La seguretat dels bitllets electrònics és clau perquè es despleguin a l'entorn real, com també ho és la privadesa dels seus usuaris. La privadesa inclou tant l'anonimitat dels usuaris, és a dir, una acció no s'ha de poder atribuir fàcilment a un determinat usuari, com també la no enllaçabilitat dels diferents moviments d'un determinat usuari. En aquesta tesi proposem protocols de bitllets electrònics que mantinguin les propietats dels bitllets en paper juntament amb els avantatges dels bitllets digitals. Primerament fem un estat de l'art amb les propostes relacionades, analitzant-ne els requisits de seguretat que compleixen. Presentem un protocol de bitllets electrònics que incorpora els nous requisits de seguretat d'exculpabilitat i reutilització, diferents dels que haviem analitzat, tot complint també la privadesa pels usuaris. Posteriorment, presentem una proposta de bitllets electrònics adaptada als sistemes de pagament depenent de l'ús, bàsicament enfocat al transport, que incorpora tant l'anonimat pels usuaris, com també la enllaçabilitat a curt termini, és a dir, complint la no enllaçabilitat dels diferents moviments del mateix usuari, però permetent la enllaçabilitat de les accions relacionades amb el mateix trajecte (p.ex. entrada i sortida). Finalment, mitjançant una evolució de la mateixa tècnica criptogràfica utilitzada en el sistema de pagament per ús, millorant-ne el temps de verificació per a múltiples bitllets alhora (verificació en ``batch''), presentem una proposta que pot ser útil per a varis sistemes de verificació massiva de missatges, posant com a cas d'ús l'aplicació a sistemes de xarxes vehiculars.An electronic ticket is a digital contract between two parties, that is, the user and the service provider. An agreement between them is established in order that the user can receive the desired service. These tickets are used in different types of services, such as sports or entertainment events, especially in the field of transport. In the case of transport, costs can be reduced due to the high volume of users, and the identification of the travel flow is facilitated. This information allows the forecast and planification of transport systems more dynamically. The security of electronic tickets is very important to be deployed in the real scenarios, as well as the privacy for their users. Privacy includes both the anonymity of users, which implies that an action cannot be easily attributed to a particular user, and also the unlinkability of the different movements of that user. This thesis presents protocols which keep the same security requirements of paper tickets while offering the advantages of digital tickets. Firstly, we perform a state of the art with the related proposals, by analysing the security requirements considered. We then present an electronic ticketing system that includes the security requirements of exculpability and reusability, thus guaranteeing the privacy for users. We later present a proposal of electronic ticketing systems adapted to use-dependant payment systems, especially focused on transport, which includes both the anonymity of users and the short-term linkability of their movements. The related actions of a journey of a determined user can be linkable between them (i.e. entrance and exit of the system) but not with other movements that the user performs. Finally, as an extension of the previous use-dependant payment system solution, we introduce the case of mass-verification systems, where many messages have to be verified in short time, and we present a proposal as a vehicular network use case that guarantees privacy for users with short-term linkability and can verify these messages efficiently

    Conception de protocoles cryptographiques préservant la vie privée pour les services mobiles sans contact

    Get PDF
    The increasing number of worldwide mobile platforms and the emergence of new technologies such as the NFC (Near Field Communication) lead to a growing tendency to build a user's life depending on mobile phones. This context brings also new security and privacy challenges. In this thesis, we pay further attention to privacy issues in NFC services as well as the security of the mobile applications private data and credentials namely in Trusted Execution Environments (TEE). We first provide two solutions for public transport use case: an m-pass (transport subscription card) and a m-ticketing validation protocols. Our solutions ensure users' privacy while respecting functional requirements of transport operators. To this end, we propose new variants of group signatures and the first practical set-membership proof that do not require pairing computations at the prover's side. These novelties significantly reduce the execution time of such schemes when implemented in resource constrained environments. We implemented the m-pass and m-ticketing protocols in a standard SIM card: the validation phase occurs in less than 300ms whilst using strong security parameters. Our solutions also work even when the mobile is switched off or the battery is flat. When these applications are implemented in TEE, we introduce a new TEE migration protocol that ensures the privacy and integrity of the TEE credentials and user's private data. We construct our protocol based on a proxy re-encryption scheme and a new TEE model. Finally, we formally prove the security of our protocols using either game-based experiments in the random oracle model or automated model checker of security protocols.Avec l'émergence de nouvelles technologies telles que le NFC (Communication à champ proche) et l'accroissement du nombre de plates-formes mobiles, les téléphones mobiles vont devenir de plus en plus indispensables dans notre vie quotidienne. Ce contexte introduit de nouveaux défis en termes de sécurité et de respect de la vie privée. Dans cette thèse, nous nous focalisons sur les problématiques liées au respect de la vie privée dans les services NFC ainsi qu’à la protection des données privées et secrets des applications mobiles dans les environnements d'exécution de confiance (TEE). Nous fournissons deux solutions pour le transport public: une solution utilisant des cartes d'abonnement (m-pass) et une autre à base de tickets électroniques (m-ticketing). Nos solutions préservent la vie privée des utilisateurs tout en respectant les exigences fonctionnelles établies par les opérateurs de transport. À cette fin, nous proposons de nouvelles variantes de signatures de groupe ainsi que la première preuve pratique d’appartenance à un ensemble, à apport nul de connaissance, et qui ne nécessite pas de calculs de couplages du côté du prouveur. Ces améliorations permettent de réduire considérablement le temps d'exécution de ces schémas lorsqu’ils sont implémentés dans des environnements contraints par exemple sur carte à puce. Nous avons développé les protocoles de m-passe et de m-ticketing dans une carte SIM standard : la validation d'un ticket ou d'un m-pass s'effectue en moins de 300ms et ce tout en utilisant des tailles de clés adéquates. Nos solutions fonctionnent également lorsque le mobile est éteint ou lorsque sa batterie est déchargée. Si les applications s'exécutent dans un TEE, nous introduisons un nouveau protocole de migration de données privées, d'un TEE à un autre, qui assure la confidentialité et l'intégrité de ces données. Notre protocole est fondé sur l’utilisation d’un schéma de proxy de rechiffrement ainsi que sur un nouveau modèle d’architecture du TEE. Enfin, nous prouvons formellement la sécurité de nos protocoles soit dans le modèle calculatoire pour les protocoles de m-pass et de ticketing soit dans le modèle symbolique pour le protocole de migration de données entre TEE

    Privacy Preserving Cryptographic Protocols for Secure Heterogeneous Networks

    Get PDF
    Disertační práce se zabývá kryptografickými protokoly poskytující ochranu soukromí, které jsou určeny pro zabezpečení komunikačních a informačních systémů tvořících heterogenní sítě. Práce se zaměřuje především na možnosti využití nekonvenčních kryptografických prostředků, které poskytují rozšířené bezpečnostní požadavky, jako je například ochrana soukromí uživatelů komunikačního systému. V práci je stanovena výpočetní náročnost kryptografických a matematických primitiv na různých zařízeních, které se podílí na zabezpečení heterogenní sítě. Hlavní cíle práce se zaměřují na návrh pokročilých kryptografických protokolů poskytujících ochranu soukromí. V práci jsou navrženy celkově tři protokoly, které využívají skupinových podpisů založených na bilineárním párování pro zajištění ochrany soukromí uživatelů. Tyto navržené protokoly zajišťují ochranu soukromí a nepopiratelnost po celou dobu datové komunikace spolu s autentizací a integritou přenášených zpráv. Pro navýšení výkonnosti navržených protokolů je využito optimalizačních technik, např. dávkového ověřování, tak aby protokoly byly praktické i pro heterogenní sítě.The dissertation thesis deals with privacy-preserving cryptographic protocols for secure communication and information systems forming heterogeneous networks. The thesis focuses on the possibilities of using non-conventional cryptographic primitives that provide enhanced security features, such as the protection of user privacy in communication systems. In the dissertation, the performance of cryptographic and mathematic primitives on various devices that participate in the security of heterogeneous networks is evaluated. The main objectives of the thesis focus on the design of advanced privacy-preserving cryptographic protocols. There are three designed protocols which use pairing-based group signatures to ensure user privacy. These proposals ensure the protection of user privacy together with the authentication, integrity and non-repudiation of transmitted messages during communication. The protocols employ the optimization techniques such as batch verification to increase their performance and become more practical in heterogeneous networks.

    AEP-M: Practical Anonymous E-Payment for Mobile Devices using ARM TrustZone and Divisible E-Cash (Full Version)

    Get PDF
    Electronic payment (e-payment) has been widely applied to electronic commerce and has especially attracted a large number of mobile users. However, current solutions often focus on protecting users\u27 money security without concerning the issue of users\u27 privacy leakage. In this paper, we propose AEP-M, a practical anonymous e-payment scheme specifically designed for mobile devices using TrustZone. On account of the limited resources on mobile devices and time constraints of electronic transactions, we construct our scheme based on efficient divisible e-cash system. Precisely, AEP-M allows users to withdraw a large coin of value 2n2^{n} at once, and then spend it in several times by dividing it without revealing users\u27 identities to others, including banks and merchants. Users\u27 payments cannot be linked either. AEP-M utilizes bit-decomposition technique and pre-computation to further increase the flexibility and efficiency of spending phase for mobile users. As a consequence, the frequent online spending process just needs at most nn exponentiations on elliptic curve on mobile devices. Moreover, we elaborately adapt AEP-M to TrustZone architecture for the sake of protecting users\u27 money and critical data. The methods about key derivation and sensitive data management relying on a root of trust from SRAM Physical Unclonable Function (PUF) are presented. We implement a prototype system and evaluate AEP-M using Barreto-Naehrig (BN) curve with 128-bit security level. The security analysis and experimental results indicate that our scheme could meet the practical requirement of mobile users in respects of security and efficiency

    Cryptographic protocols for privacy-aware and secure e-commerce

    Get PDF
    Aquesta tesi tracta sobre la investigació i el desenvolupament de tecnologies de millora de la privadesa per a proporcionar als consumidors de serveis de comerç electrònic el control sobre quanta informació privada volen compartir amb els proveïdors de serveis. Fem servir tecnologies existents, així com tecnologies desenvolupades durant aquesta tesi, per a protegir als usuaris de la recoleció excessiva de dades per part dels proveïdors de serveis en aplicacions específiques. En particular, fem servir un nou esquema de signatura digital amb llindar dinàmic i basat en la identitat per a implementar un mecanisme d'acreditació de la mida d'un grup d'usuaris, que només revela el nombre d'integrants del grup, per a implementar descomptes de grup. A continuació, fem servir una nova construcció basada en signatures cegues, proves de coneixement nul i tècniques de generalització per implementar un sistema de descomptes de fidelitat que protegeix la privadesa dels consumidors. Per últim, fem servir protocols de computació multipart per a implementar dos mecanismes d'autenticació implícita que no revelen informació privada de l'usuari al proveïdor de serveis.Esta tesis trata sobre la investigación y desarrollo de tecnologías de mejora de la privacidad para proporcionar a los consumidores de servicios de comercio electrónico el control sobre cuanta información privada quieren compartir con los proveedores de servicio. Utilizamos tecnologías existentes y desarrolladas en esta tesis para proteger a los usuarios de la recolección excesiva de datos por parte de los proveedores de servicio en aplicaciones especfíficas. En particular, utilizamos un nuevo esquema de firma digital basado en la identidad y con umbral dinámico para implementar un sistema de acreditación del tamaño de un grupo, que no desvela ninguna información de los miembros del grupo excepto el número de integrantes, para construir un sistema de descuentos de grupo. A continuación, utilizamos una nueva construcción basada en firmas ciegas, pruebas de conocimiento nulo y técnicas de generalización para implementar un sistema de descuentos de fidelidad que protege la privacidad de los consumidores. Por último, hacemos uso de protocolos de computación multiparte para implementar dos mecanismos de autenticación implícita que no revelan información privada del usuario al proveedor de servicios.This thesis is about the research and development of privacy enhancing techniques to empower consumers of electronic commerce services with the control on how much private information they want to share with the service providers. We make use of known and newly developed technologies to protect users against excessive data collection by service providers in specific applications. Namely, we use a novel identity-based dynamic threshold signature scheme and a novel key management scheme to implement a group size accreditation mechanism, that does not reveal anything about group members but the size of the group, to support group discounts. Next, we use a novel construction based on blind signatures, zero-knowledge proofs and generalization techniques to implement a privacy-preserving loyalty programs construction. Finally, we use multiparty computation protocols to implement implicit authentication mechanisms that do not disclose private information about the users to the service providers

    Multidevice Authentication with Strong Privacy Protection

    Get PDF
    We propose a novel cryptographic scheme based on efficient zero-knowledge proofs and Boneh-Boyen signatures. The proposed scheme is provably secure and provides the full set of privacy-enhancing features, that is, the anonymity, untraceability, and unlinkability of user

    Cryptographic Protection of Digital Identity

    Get PDF
    Dizertační práce se zabývá kryptografickými schématy zvyšující ochranu soukromí uživatelů v systémech řízení přístupu a sběru dat. V současnosti jsou systémy fyzického řízení přístupu na bázi čipových karet využívány téměř dennodenně většinou z nás, například v zaměstnání, ve veřejné dopravě a v hotelech. Tyto systémy však stále neposkytují dostatečnou kryptografickou ochranu a tedy bezpečnost. Uživatelské identifikátory a klíče lze snadno odposlechnout a padělat. Funkce, které by zajišťovaly ochranu soukromí uživatele, téměř vždy chybí. Proto je zde reálné riziko možného sledovaní lidí, jejich pohybu a chovaní. Poskytovatelé služeb nebo případní útočníci, kteří odposlouchávají komunikaci, mohou vytvářet profily uživatelů, ví, co dělají, kde se pohybují a o co se zajímají. Za účelem zlepšení tohoto stavu jsme navrhli čtyři nová kryptografická schémata založená na efektivních důkazech s nulovou znalostí a kryptografii eliptických křivek. Konkrétně dizertační práce prezentuje tři nová autentizační schémata pro využití v systémech řízení přístupu a jedno nové schéma pro využití v systémech sběru dat. První schéma využívá distribuovaný autentizační přístup vyžadující spolupráci více RFID prvků v autentizačním procesu. Tato vlastnost je výhodná zvláště v případech řízení přístupu do nebezpečných prostor, kdy pro povolení přístupu uživatele je nezbytné, aby byl uživatel vybaven ochrannými pomůckami (se zabudovanými RFID prvky). Další dvě schémata jsou založena na atributovém způsobu ověření, tj. schémata umožňují anonymně prokázat vlastnictví atributů uživatele, jako je věk, občanství a pohlaví. Zatím co jedno schéma implementuje efektivní revokační a identifikační mechanismy, druhé schéma poskytuje nejrychlejší verifikaci držení uživatelských atributů ze všech současných řešení. Poslední, čtvrté schéma reprezentuje schéma krátkého skupinového podpisu pro scénář sběru dat. Schémata sběru dat se používají pro bezpečný a spolehlivý přenos dat ze vzdálených uzlů do řídící jednotky. S rostoucím významem chytrých měřičů v energetice, inteligentních zařízení v domácnostech a rozličných senzorových sítí, se potřeba bezpečných systémů sběru dat stává velmi naléhavou. Tato schémata musí podporovat nejen standardní bezpečnostní funkce, jako je důvěrnost a autentičnost přenášených dat, ale také funkce nové, jako je silná ochrana soukromí a identity uživatele či identifikace škodlivých uživatelů. Navržená schémata jsou prokazatelně bezpečná a nabízí celou řadu funkcí rozšiřující ochranu soukromí a identity uživatele, jmenovitě se pak jedná o zajištění anonymity, nesledovatelnosti a nespojitelnosti jednotlivých relací uživatele. Kromě úplné kryptografické specifikace a bezpečnostní analýzy navržených schémat, obsahuje tato práce také výsledky měření implementací jednotlivých schémat na v současnosti nejpoužívanějších zařízeních v oblasti řízení přístupu a sběru dat.The doctoral thesis deals with privacy-preserving cryptographic schemes in access control and data collection areas. Currently, card-based physical access control systems are used by most people on a daily basis, for example, at work, in public transportation and at hotels. However, these systems have often very poor cryptographic protection. For instance, user identifiers and keys can be easily eavesdropped and counterfeited. Furthermore, privacy-preserving features are almost missing and, therefore, user’s movement and behavior can by easily tracked. Service providers (and even eavesdroppers) can profile users, know what they do, where they go, and what they are interested in. In order to improve this state, we propose four novel cryptographic schemes based on efficient zero-knowledge proofs and elliptic curve cryptography. In particular, the thesis presents three novel privacy-friendly authentication schemes for access control and one for data collection application scenarios. The first scheme supports distributed multi-device authentication with multiple Radio-Frequency IDentification (RFID) user’s devices. This feature is particularly important in applications for controlling access to dangerous areas where the presence of protective equipment is checked during each access control session. The other two presented schemes use attribute-based approach to protect user’s privacy, i.e. these schemes allow users to anonymously prove the ownership of their attributes, such as age, citizenship, and gender. While one of our scheme brings efficient revocation and identification mechanisms, the other one provides the fastest authentication phase among the current state of the art solutions. The last (fourth) proposed scheme is a novel short group signature scheme for data collection scenarios. Data collection schemes are used for secure and reliable data transfer from multiple remote nodes to a central unit. With the increasing importance of smart meters in energy distribution, smart house installations and various sensor networks, the need for secure data collection schemes becomes very urgent. Such schemes must provide standard security features, such as confidentiality and authenticity of transferred data, as well as novel features, such as strong protection of user’s privacy and identification of malicious users. The proposed schemes are provably secure and provide the full set of privacy-enhancing features, namely anonymity, untraceability and unlinkability of users. Besides the full cryptographic specification and security analysis, we also show the results of our implementations on devices commonly used in access control and data collection applications.
    corecore