Critical Perspectives on Provable Security: Fifteen Years of Another Look Papers

We give an overview of our critiques of “proofs” of security and a guide to our papers on the subject that have appeared over the past decade and a half. We also provide numerous additional examples and a few updates and errata

New approaches for electronic voting paradigms

La democràcia es el sistema de govern més utilitzat al món. No obstant, en un món cada vegada més globalitzat, la idea de mobilitzar la gent per votar en un col·legi electoral gestionat per persones resulta antiquada tot i ser la implementació més comú en l'actualitat. Millorar aquesta situació mitjançant l'ús de les tecnologies de la informació sembla una evolució òbvia i molt demanada però, malgrat l'existència d'algunes implementacions en entorns reals, encara no ha estat utilitzada excepte en comptades ocasions. Obrir la porta d'unes eleccions a les tecnologies de la informació implica l'obertura dels protocols de votació a un nou conjunt d'atacs contra aquests. Tenint en compte els requisits d'una elecció: privacitat del votant i integritat de l'elecció, les solucions actuals passen per implementar l'elecció seguint un dels tres paradigmes de vot segurs: barreja de vots, recompte homomòrfic o signatura cega. En aquesta tesi, es proposen nous protocols per als diferents paradigmes. La primera proposta consisteix en un sistema de vot que, basant-se en una informació redundant enviada pel votant, és capaç de realitzar una barreja de vots amb cost negligible incrementant lleugerament el cost del recompte. Per al paradigma de recompte homomòrfic, es proposa una prova de validesa del vot basada en les proves utilitzades per demostrar la correctesa en sistemes amb barreja de vots. Aquesta solució permet utilitzar les millores realitzades sobre el paradigma de barreja de vots per al seu ús en el paradigma de recompte homomòrfic. Finalment, es plantegen dues solucions per a eleccions del paradigma de signatura cega. La primera utilitza credencials generades amb signatura cega per permetre als votants vàlids enviar el seu vot sense que es conegui la seva identitat. La segona resol el problema del vot doble en aquest paradigma mitjan cant una construcció que utilitza un sistema de moneda electrònica off-line.La democracia es el sistema de gobierno más usado en el mundo. No obstante, en un mundo cada vez más globalizado, la idea de movilizar a la gente para votar en un colegio electoral gestionado por personas resulta anticuada a pesar de ser la implementación más común en la actualidad. Mejorar esta situación mediante el uso de las tecnologías de la información parece una evolución obvia y muy solicitada pero, a pesar de unas pocas adaptaciones, aún no ha sido usada salvo en escasas ocasiones. Abrir la puerta de unas elecciones a las tecnologías de la información lleva implícita la apertura de los protocolos de voto a un nuevo conjunto de ataques contra estos. Teniendo en cuenta los requisitos de una elección: privacidad del votante e integridad de la elección, las soluciones actuales pasan por implementar la elección siguiendo uno de los tres paradigmas de voto seguros: mezcla de votos, recuento homomórfico o firma ciega. En esta tesis, se proponen nuevos protocolos para los distintos paradigmas. La primera propuesta consiste en un sistema de voto bajo el paradigma de mezcla de votos que, basándose en una información redundante enviada por el votante, es capaz de realizar una mezcla de votos con un coste negligible incrementando ligeramente el coste del recuento. Para el paradigma de recuento homomórfico, se propone una prueba para verificar que el voto es válido basada en las pruebas de correctitud en sistemas con mezcla de votos. Esta solución permite usar las mejoras realizadas en el paradigma de mezcla de votos para su uso en el paradigma de recuento homomórfico. Finalmente, se proponen dos nuevos protocolos del paradigma de firma ciega. El primero utiliza credenciales generadas con firma ciega para permitir a votantes válidos enviar su voto sin que se conozca su identidad. El segundo resuelve el problema del voto doble en el paradigma de firma ciega mediante una construcción que utiliza un sistema de moneda electrónica off-line.Democracy is the most established government system in the world. However, in an increasingly globalized world, the idea of requiring people to move in order to cast their vote in the polling station seems outdated, even though it is, nowadays, the most common implementation. An obvious and widely demanded evolution is to improve the election framework by enabling the use of information technologies. Nevertheless, this solution has been implemented few times in real environment elections and the global success of these solutions have been called into question. The use of information technologies in voting protocols improves the quality of the election but, at the same time, it also opens up the voting protocols to new threats. Keeping this attacks in mind and given the election requirements: voter's privacy and election's integrity, the solutions proposed up to date are to implement one of the three secure voting paradigms: mixtype based, homomorphic tally, and blind signature. In this thesis, we present new protocols for the di erent paradigms. Our rst proposal, based on the mix-type paradigm, consists in a voting protocol which is able to perform the ballot mix with negligible cost but slightly increasing the tally cost. The proposed protocol makes use of a proper vote generation based on sending secret redundant information with the ballot when it is cast. For the homomorphic tally paradigm, we propose a zero knowledge proof of correctness of the ballot based on the proofs used to demonstrate the correctness of a shu e in the mix-type paradigm. This protocol makes possible to use the improvements on the shu e correctness proofs in the homomorphic tally paradigm. Finally, two di erent protocols are also proposed for the blind signature paradigm. The rst one uses credentials generated by means of a blind signature which allow eligible voters to cast their vote without leaking information about their identity. The second one is focused on solving the double voting problem in this paradigm. The protocol proposed uses o -line e-coin systems to provide anonymity disclosure in case of double voting

Distributed Cryptographic Protocols

[ES] La confianza es la base de las sociedades modernas. Sin embargo, las relaciones basadas en confianza son difíciles de establecer y pueden ser explotadas fácilmente con resultados devastadores. En esta tesis exploramos el uso de protocolos criptográficos distribuidos para construir sistemas confiables donde la confianza se vea reemplazada por garantías matemáticas y criptográficas. En estos nuevos sistemas dinámicos, incluso si una de las partes se comporta de manera deshonesta, la integridad y resiliencia del sistema están garantizadas, ya que existen mecanismos para superar este tipo de situaciones. Por lo tanto, hay una transición de sistemas basados en la confianza, a esquemas donde esta misma confianza es descentralizada entre un conjunto de individuos o entidades. Cada miembro de este conjunto puede ser auditado, y la verificación universal asegura que todos los usuarios puedan calcular el estado final en cada uno de estos métodos, sin comprometer la privacidad individual de los usuarios. La mayoría de los problemas de colaboración a los que nos enfrentamos como sociedad, pueden reducirse a dos grandes dilemas: el votar una propuesta, o un representante político, ó identificarnos a nosotros mismos como miembros de un colectivo con derecho de acceso a un recurso o servicio. Por ello, esta tesis doctoral se centra en los protocolos criptográficos distribuidos aplicados al voto electrónico y la identificación anónima. Hemos desarrollado tres protocolos para el voto electrónico que complementan y mejoran a los métodos más tradicionales, y además protegen la privacidad de los votantes al mismo tiempo que aseguran la integridad del proceso de voto. En estos sistemas, hemos empleado diferentes mecanismos criptográficos que proveen, bajo diferentes asunciones, de las propiedades de seguridad que todo sistema de voto debe tener. Algunos de estos sistemas son seguros incluso en escenarios pos-cuánticos. También hemos calculado minuciosamente la complejidad temporal de los métodos para demostrar que son eficientes y factibles de ser implementados. Además, hemos implementado algunos de estos sistemas, o partes de ellos, y llevado a cabo una detallada experimentación para demostrar el potencial de nuestras contribuciones. Finalmente, estudiamos en detalle el problema de la identificación y proponemos tres métodos no interactivos y distribuidos que permiten el registro y acceso anónimo. Estos protocolos son especialmente ligeros y agnósticos en su implementación, lo que permite que puedan ser integrados con múltiples propósitos. Hemos formalizado y demostrado la seguridad de nuestros protocolos de identificación, y hemos realizado una implementación completa de ellos para, una vez más, demostrar la factibilidad y eficiencia de las soluciones propuestas. Bajo este marco teórico de identificación, somos capaces de asegurar el recurso custodiado, sin que ello suponga una violación para el anonimato de los usuarios.[CA] La confiança és la base de les societats modernes. No obstant això, les relacions basades en confiança són difícils d’establir i poden ser explotades fàcilment amb resultats devastadors. En aquesta tesi explorem l’ús de protocols criptogràfics distribuïts per a construir sistemes de confiança on la confiança es veja reemplaçada per garanties matemàtiques i criptogràfiques. En aquests nous sistemes dinàmics, fins i tot si una de les parts es comporta de manera deshonesta, la integritat i resiliència del sistema estan garantides, ja que existeixen mecanismes per a superar aquest tipus de situacions. Per tant, hi ha una transició de sistemes basats en la confiança, a esquemes on aquesta acarona confiança és descentralitzada entre un conjunt d’individus o entitats. Cada membre d’aquest conjunt pot ser auditat, i la verificació universal assegura que tots els usuaris puguen calcular l’estat final en cadascun d’aquests mètodes, sense comprometre la privacitat individual dels usuaris. La majoria dels problemes de colůlaboració als quals ens enfrontem com a societat, poden reduir-se a dos grans dilemes: el votar una proposta, o un representant polític, o identificar-nos a nosaltres mateixos com a membres d’un colůlectiu amb dret d’accés a un recurs o servei. Per això, aquesta tesi doctoral se centra en els protocols criptogràfics distribuïts aplicats al vot electrònic i la identificació anònima. Hem desenvolupat tres protocols per al vot electrònic que complementen i milloren als mètodes més tradicionals, i a més protegeixen la privacitat dels votants al mateix temps que asseguren la integritat del procés de vot. En aquests sistemes, hem emprat diferents mecanismes criptogràfics que proveeixen, baix diferents assumpcions, de les propietats de seguretat que tot sistema de vot ha de tindre. Alguns d’aquests sistemes són segurs fins i tot en escenaris post-quàntics. També hem calculat minuciosament la complexitat temporal dels mètodes per a demostrar que són eficients i factibles de ser implementats. A més, hem implementats alguns d’aquests sistemes, o parts d’ells, i dut a terme una detallada experimentació per a demostrar la potencial de les nostres contribucions. Finalment, estudiem detalladament el problema de la identificació i proposem tres mètodes no interactius i distribuïts que permeten el registre i accés anònim. Aquests protocols són especialment lleugers i agnòstics en la seua implementació, la qual cosa permet que puguen ser integrats amb múltiples propòsits. Hem formalitzat i demostrat la seguretat dels nostres protocols d’identificació, i hem realitzat una implementació completa d’ells per a, una vegada més, demostrar la factibilitat i eficiència de les solucions proposades. Sota aquest marc teòric d’identificació, som capaces d’assegurar el recurs custodiat, sense que això supose una violació per a l’anonimat dels usuaris.[EN] Trust is the base of modern societies. However, trust is difficult to achieve and can be exploited easily with devastating results. In this thesis, we explore the use of distributed cryptographic protocols to build reliable systems where trust can be replaced by cryptographic and mathematical guarantees. In these adaptive systems, even if one involved party acts dishonestly, the integrity and robustness of the system can be ensured as there exist mechanisms to overcome these scenarios. Therefore, there is a transition from systems based in trust, to schemes where trust is distributed between decentralized parties. Individual parties can be audited, and universal verifiability ensures that any user can compute the final state of these methods, without compromising individual users’ privacy. Most collaboration problems we face as societies can be reduced to two main dilemmas: voting on a proposal or electing political representatives, or identifying ourselves as valid members of a collective to access a service or resource. Hence, this doctoral thesis focuses on distributed cryptographic protocols for electronic voting and anonymous identification. We have developed three electronic voting schemes that enhance traditional methods, and protect the privacy of electors while ensuring the integrity of the whole election. In these systems, we have employed different cryptographic mechanisms, that fulfill all the desired security properties of an electronic voting scheme, under different assumptions. Some of them are secure even in post-quantum scenarios. We have provided a detailed time-complexity analysis to prove that our proposed methods are efficient and feasible to implement. We also implemented some voting protocols, or parts of them, and carried out meticulous experimentation to show the potential of our contributions. Finally, we study in detail the identification problem and propose three distributed and non-interactive methods for anonymous registration and access. These three protocols are especially lightweight and application agnostic, making them feasible to be integrated with many purposes. We formally analyze and demonstrate the security of our identification protocols, and provide a complete implementation of them to once again show the feasibility and effectiveness of the developed solutions. Using this identification framework, we can ensure the security of the guarded resource, while also preserving the anonymity of the users.Larriba Flor, AM. (2023). Distributed Cryptographic Protocols [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/19810

Trustworthiness in Mobile Cyber Physical Systems

Computing and communication capabilities are increasingly embedded in diverse objects and structures in the physical environment. They will link the ‘cyberworld’ of computing and communications with the physical world. These applications are called cyber physical systems (CPS). Obviously, the increased involvement of real-world entities leads to a greater demand for trustworthy systems. Hence, we use "system trustworthiness" here, which can guarantee continuous service in the presence of internal errors or external attacks. Mobile CPS (MCPS) is a prominent subcategory of CPS in which the physical component has no permanent location. Mobile Internet devices already provide ubiquitous platforms for building novel MCPS applications. The objective of this Special Issue is to contribute to research in modern/future trustworthy MCPS, including design, modeling, simulation, dependability, and so on. It is imperative to address the issues which are critical to their mobility, report significant advances in the underlying science, and discuss the challenges of development and implementation in various applications of MCPS

New Security Definitions, Constructions and Applications of Proxy Re-Encryption

La externalización de la gestión de la información es una práctica cada vez más común, siendo la computación en la nube (en inglés, cloud computing) el paradigma más representativo. Sin embargo, este enfoque genera también preocupación con respecto a la seguridad y privacidad debido a la inherente pérdida del control sobre los datos. Las soluciones tradicionales, principalmente basadas en la aplicación de políticas y estrategias de control de acceso, solo reducen el problema a una cuestión de confianza, que puede romperse fácilmente por los proveedores de servicio, tanto de forma accidental como intencionada. Por lo tanto, proteger la información externalizada, y al mismo tiempo, reducir la confianza que es necesario establecer con los proveedores de servicio, se convierte en un objetivo inmediato. Las soluciones basadas en criptografía son un mecanismo crucial de cara a este fin. Esta tesis está dedicada al estudio de un criptosistema llamado recifrado delegado (en inglés, proxy re-encryption), que constituye una solución práctica a este problema, tanto desde el punto de vista funcional como de eficiencia. El recifrado delegado es un tipo de cifrado de clave pública que permite delegar en una entidad la capacidad de transformar textos cifrados de una clave pública a otra, sin que pueda obtener ninguna información sobre el mensaje subyacente. Desde un punto de vista funcional, el recifrado delegado puede verse como un medio de delegación segura de acceso a información cifrada, por lo que representa un candidato natural para construir mecanismos de control de acceso criptográficos. Aparte de esto, este tipo de cifrado es, en sí mismo, de gran interés teórico, ya que sus definiciones de seguridad deben balancear al mismo tiempo la seguridad de los textos cifrados con la posibilidad de transformarlos mediante el recifrado, lo que supone una estimulante dicotomía. Las contribuciones de esta tesis siguen un enfoque transversal, ya que van desde las propias definiciones de seguridad del recifrado delegado, hasta los detalles específicos de potenciales aplicaciones, pasando por construcciones concretas

Intelligent Lower-Layer Denial-of-Service Attacks Against Cellular Vehicle-to-Everything

Vehicle-to-everything (V2X) communication promises a wide range of benefits for society. Within future V2X-enabled intelligent transportation systems, vehicle-to-vehicle (V2V) communication will allow vehicles to directly exchange messages, improving their situational awareness and allowing drivers or (semi-)autonomous vehicles to avoid collisions, particularly in non-line-of-sight scenarios. Thus, V2V has the potential to reduce annual vehicular crashes and fatalities by hundreds of thousands. Cellular Vehicle-to-Everything (C-V2X) is rapidly supplanting older V2V protocols and will play a critical role in achieving these outcomes. As extremely low latency is required to facilitate split-second collision avoidance maneuvers, ensuring the availability of C-V2X is imperative for safe and secure intelligent transportation systems. However, little work has analyzed the physical- (PHY) and MAC-layer resilience of C-V2X against intelligent, protocol-aware denial-of-service (DoS) attacks by stealthy adversaries. In this thesis, we expose fundamental security vulnerabilities in the PHY- and MAC-layer designs of C-V2X and demonstrate how they can be exploited to devastating effect by devising two novel, intelligent DoS attacks against C-V2X: targeted sidelink jamming and sidelink resource exhaustion. Our attacks demonstrate different ways an intelligent adversary can dramatically degrade the availability of C-V2X for one or many vehicles, increasing the likelihood of fatal vehicle collisions. Through hardware experiments with software-defined radios (SDRs) and state-of-the-art C-V2X devices in combination with extensive MATLAB simulation, we demonstrate the viability and effectiveness of our attacks. We show that targeted sidelink jamming can reduce a targeted vehicle\u27s packet delivery ratio by 90% in a matter of seconds, while sidelink resource exhaustion can reduce C-V2X channel throughput by up to 50% in similarly short order. We further provide and validate detection techniques for each attack based on cluster and regression analysis techniques and propose promising, preliminary approaches to mitigate the underlying vulnerabilities that we expose in the PHY/MAC layers of C-V2X

Research on performance enhancement for electromagnetic analysis and power analysis in cryptographic LSI

制度:新 ; 報告番号:甲3785号 ; 学位の種類:博士(工学) ; 授与年月日:2012/11/19 ; 早大学位記番号:新6161Waseda Universit

A Software Engineered Voice-Enabled Job Recruitment Portal System

The inability of job seekers to get timely job information regarding the status of the application submitted via conventional job portal system which is usually dependent on accessibility to the Internet has made so many job applicants to lose their placements. Worse still, the epileptic services offered by Internet Service Providers and the poor infrastructures in most developing countries have greatly hindered the expected benefits from Internet usage. These have led to cases of online vacancies notifications unattended to simply because a job seeker is neither aware nor has access to the Internet. With an increasing patronage of mobile phones, a self-service job vacancy notification with audio functionality or an automated job vacancy notification to all qualified job seekers through mobile phones will simply provide a solution to these challenges. In this paper, we present a Voice-enabled Job Recruitment Portal (JRP) System. The system is accessed through two interfaces – the voice user’s interface (VUI) and web interface. The VUI was developed using VoiceXML and the web interface using PHP, and both interfaces integrated with Apache and MySQL as the middleware and back-end component respectively. The JRP proposed in this paper takes the hassle of job hunting from job seekers, provides job status information in real-time to the job seeker and offers other benefits such as, cost, effectiveness, speed, accuracy, ease of documentation, convenience and better logistics to the employer in seeking the right candidate for a job

THREE ESSAYS ON WELFARE POLICIES IN AMERICAN STATES: EXPLAINING AMERICAN WELFARE STATES IN THE POST-WELFARE REFORM ERA

This dissertation consists of three empirical studies that address questions regarding state welfare policy making in the post-welfare reform era. The first empirical study pays close attention to the Temporary Assistance for Needy Families (TANF) as a federal block grant program, which is a big departure from most previous TANF studies, to ask why American states differ in their decisions to allocate federal block grants across specific programs. Drawing on research on fiscal federalism and state and cross-national welfare politics, the study uses cross-sectional time-series data covering 50 states over the fiscal years 2004-2016 to examine factors that have an impact on state child care spending under the TANF block grant. The results show that several political factors and one socio-economic factor impact states’ TANF child care spending in the hypothesized direction. Most importantly, the study finds that a specific state government’s TANF policy designed to encourage work matters in an interesting way. States’ emphasis on work of TANF recipients, measured by the existence of the TANF job-search rule, exerts a positive, independent effect on the percentage of state TANF child care spending, but the positive marginal effect of implementing the job-search rule becomes negative as the percentage of female state legislators passes 28%. The study shed lights on our general understanding of the factors that influence state allocations of federal block grants for an understudied but increasingly important policy program in the American states—child care. The second empirical study examines whether the selection of indicators of welfare policy commitment makes any difference for the findings in studies of the determinants of state welfare policy. If so, what difference does it make? While scholars of state welfare politics have long been making efforts to find better explanations for variation in welfare policy across American states, the literature as a whole has paid little attention to how differently scholars operationalize state welfare policy even though they examine a variety of welfare policy measures. To address these questions, I estimate a series of different panel data models with different measures of state welfare commitment for the period after the welfare reform of 1996. Comparing the results across these models shows that the choice of dependent variable measures affects the estimation results, thereby suggesting that empirical findings are dependent upon the measure we use. This finding not only shows that scholars need to be cautious in interpreting their results but also opens up a new puzzle as to why a factor affects a particular welfare measure but not others. The last empirical study addresses the question: do the effects of party politics differ across welfare policies? In answering this question, the study draws on the literature on deservingness and social construction of target populations and hypothesizes that party politics would play a differential role in explaining the generosity of different welfare policies depending on the perceived deservingness of target populations. To test this hypothesis, I estimate three models each for TANF, Supplemental Security Income-State Supplements (SSI-S), and Medicaid generosity covering the period after the welfare reform. I find that party politics still remains as an important predictor of state welfare generosity, especially where welfare policy for the deserving poor and mixed population in terms of its deservingness is concerned. Also, there are differential effects of party politics across the welfare policies examined, but sometimes in an unexpected direction. This study provides a valuable addition to the literature in that it updates and enriches our understanding of welfare politics