Deterministic Identity-Based Signatures for Partial Aggregation

Aggregate signatures are a useful primitive which allows to aggregate into a single and constant-length signature many signatures on different messages computed by different users. Specific proposals of aggregate signature schemes exist only for PKI-based scenarios. For identity-based scenarios, where public keys of the users are directly derived from their identities, the signature schemes proposed up to now do not seem to allow constant-length aggregation. We provide an intermediate solution to this problem, by designing a new identity-based signature scheme which allows aggregation when the signatures to be aggregated come all from the same signer. The new scheme is deterministic and enjoys some better properties than the previous proposals. We formally prove that the scheme is unforgeable, in the random oracle model, assuming that the Computational co-Diffie-Hellman problem is hard to solve

A Survey on Wireless Sensor Network Security

Wireless sensor networks (WSNs) have recently attracted a lot of interest in the research community due their wide range of applications. Due to distributed nature of these networks and their deployment in remote areas, these networks are vulnerable to numerous security threats that can adversely affect their proper functioning. This problem is more critical if the network is deployed for some mission-critical applications such as in a tactical battlefield. Random failure of nodes is also very likely in real-life deployment scenarios. Due to resource constraints in the sensor nodes, traditional security mechanisms with large overhead of computation and communication are infeasible in WSNs. Security in sensor networks is, therefore, a particularly challenging task. This paper discusses the current state of the art in security mechanisms for WSNs. Various types of attacks are discussed and their countermeasures presented. A brief discussion on the future direction of research in WSN security is also included.Comment: 24 pages, 4 figures, 2 table

Resilient networking in wireless sensor networks

This report deals with security in wireless sensor networks (WSNs), especially in network layer. Multiple secure routing protocols have been proposed in the literature. However, they often use the cryptography to secure routing functionalities. The cryptography alone is not enough to defend against multiple attacks due to the node compromise. Therefore, we need more algorithmic solutions. In this report, we focus on the behavior of routing protocols to determine which properties make them more resilient to attacks. Our aim is to find some answers to the following questions. Are there any existing protocols, not designed initially for security, but which already contain some inherently resilient properties against attacks under which some portion of the network nodes is compromised? If yes, which specific behaviors are making these protocols more resilient? We propose in this report an overview of security strategies for WSNs in general, including existing attacks and defensive measures. In this report we focus at the network layer in particular, and an analysis of the behavior of four particular routing protocols is provided to determine their inherent resiliency to insider attacks. The protocols considered are: Dynamic Source Routing (DSR), Gradient-Based Routing (GBR), Greedy Forwarding (GF) and Random Walk Routing (RWR)

A knowledge representation meta-model for rule-based modelling of signalling networks

The study of cellular signalling pathways and their deregulation in disease states, such as cancer, is a large and extremely complex task. Indeed, these systems involve many parts and processes but are studied piecewise and their literatures and data are consequently fragmented, distributed and sometimes--at least apparently--inconsistent. This makes it extremely difficult to build significant explanatory models with the result that effects in these systems that are brought about by many interacting factors are poorly understood. The rule-based approach to modelling has shown some promise for the representation of the highly combinatorial systems typically found in signalling where many of the proteins are composed of multiple binding domains, capable of simultaneous interactions, and/or peptide motifs controlled by post-translational modifications. However, the rule-based approach requires highly detailed information about the precise conditions for each and every interaction which is rarely available from any one single source. Rather, these conditions must be painstakingly inferred and curated, by hand, from information contained in many papers--each of which contains only part of the story. In this paper, we introduce a graph-based meta-model, attuned to the representation of cellular signalling networks, which aims to ease this massive cognitive burden on the rule-based curation process. This meta-model is a generalization of that used by Kappa and BNGL which allows for the flexible representation of knowledge at various levels of granularity. In particular, it allows us to deal with information which has either too little, or too much, detail with respect to the strict rule-based meta-model. Our approach provides a basis for the gradual aggregation of fragmented biological knowledge extracted from the literature into an instance of the meta-model from which we can define an automated translation into executable Kappa programs.Comment: In Proceedings DCM 2015, arXiv:1603.0053

Secure Data Aggregation in Vehicular-Adhoc Networks: A Survey

AbstractVehicular ad hoc networks (VANETs) are an upcoming technology that is gaining momentum in recent years. That may be the reason that the network attracts more and more attention from both industry and academia. Due to the limited bandwidth of wireless communication medium, scalability is a major problem. Data aggregation is a solution to this. The goal of data aggregation is to combine the messages and disseminate this in larger region. While doing aggregation integrity of the information can not be easily verified and attacks may be possible. Hence aggregation must be secure. Although there are several surveys covering VANETs, they do not concentrate on security issues specifically on data aggregation. In this paper, we discuss and analyse various data aggregation techniques and their solutions

Smart Meter Privacy: A Utility-Privacy Framework

End-user privacy in smart meter measurements is a well-known challenge in the smart grid. The solutions offered thus far have been tied to specific technologies such as batteries or assumptions on data usage. Existing solutions have also not quantified the loss of benefit (utility) that results from any such privacy-preserving approach. Using tools from information theory, a new framework is presented that abstracts both the privacy and the utility requirements of smart meter data. This leads to a novel privacy-utility tradeoff problem with minimal assumptions that is tractable. Specifically for a stationary Gaussian Markov model of the electricity load, it is shown that the optimal utility-and-privacy preserving solution requires filtering out frequency components that are low in power, and this approach appears to encompass most of the proposed privacy approaches.Comment: Accepted for publication and presentation at the IEEE SmartGridComm. 201

Fault-Tolerance and Deaggregation Security of Aggregate Signatures

Ein zentrales Problem der digitalen Kommunikation ist die Absicherung der Authentizität und Integrität digitaler Dokumente, wie etwa Webseiten, E-Mails oder Programmen. So soll beispielsweise für den Empfänger einer E-Mail nachvollziehbar sein, dass die empfangene E-Mail tatsächlich vom angegebenen Absender stammt (Authentizität) und nicht durch Dritte verändert wurde (Integrität). Digitale Signaturen sind ein Hauptwerkzeug der Kryptographie und IT-Sicherheit, um diese Eigenschaften zu gewährleisten. Hierzu wird vom Absender ein geheimer Schlüssel verwendet, um für das zu sichernde Dokument eine Signatur zu erstellen, die mithilfe eines öffentlich bekannten Verifikationsschlüssels jederzeit überprüft werden kann. Die Sicherheitseigenschaften solcher digitaler Signaturverfahren garantieren sowohl, dass jede Änderung am Dokument dazu führt, dass diese Überprüfung fehlschlägt, als auch dass eine Fälschung einer Signatur praktisch unmöglich ist, d.h. ohne den geheimen Schlüssel kann keine gültige Signatur berechnet werden. Somit kann bei einer erfolgreichen Verifikation davon ausgegangen werden, dass das Dokument tatsächlich vom angegebenen Absender erstellt und seit der Berechnung der Signatur nicht verändert wurde, da nur der Absender über den geheimen Schlüssel verfügt. Aggregierbare Signaturen bieten zusätzlich die Möglichkeit Signaturen mehrerer Dokumente zu einer einzigen Signatur zusammenzuführen bzw. zu aggregieren. Diese Aggregation ist dabei jederzeit möglich. Eine aggregierte Signatur bezeugt weiterhin sicher die Integrität und Authentizität aller ursprünglichen Dokumente, benötigt dabei aber nur so viel Speicherplatz wie eine einzelne Signatur. Außerdem ist die Verifikation einer solchen aggregierten Signatur üblichrweise schneller möglich als die sukzessive Überprüfung aller Einzelsignaturen. Somit kann die Verwendung eines aggregierbaren Signaturverfahrens anstelle eines gewöhnlichen Verfahrens zu erheblichen Verbesserungen der Performanz und des Speicherverbrauchs bei Anwendungen von Signaturen führen. In dieser Dissertation werden zwei zusätzliche Eigenschaften von aggregierbaren Signaturverfahren namens Fehlertoleranz und Deaggregationssicherheit untersucht. Fehlertoleranz bietet eine Absicherung des Verfahrens gegen fehlerhafte Signier- und Aggregationsvorgänge und Deaggregationssicherheit schützt vor ungewollten Löschungen. Beide Eigenschaften werden im Folgenden erläutert. Fehlertoleranz: Durch System- und Programmfehler, sowie inkorrektes oder auch bösartiges Nutzerverhalten ist es möglich, dass fehlerhafte Einzelsignaturen zu einer bestehenden aggregierten Signatur hinzugefügt werden. Alle bisherige aggregierbaren Signaturverfahren haben jedoch den Nachteil, dass bereits das Aggregieren einer einzigen fehlerhaften Einzelsignatur dazu führt, dass auch die aggregierte Signatur fehlerhaft und somit unbrauchbar wird. Die aggregierte Signatur kann danach nicht mehr korrekt verifiziert werden. Insbesondere kann aus ihr nun keinerlei Aussage mehr über die Integrität und Authentizität der Dokumente abgeleitet werden, die vor dem Hinzufügen der fehlerhaften Einzelsignatur korrekt signiert wurden. Dies hat zur Folge, dass alle gegebenen Sicherheitsgarantien verloren gehen und es wird ein aufwändiges Neusignieren aller Dokumente notwendig, welches unter Umständen und je nach Anwendung nur schwer bis überhaupt nicht möglich ist. In dieser Dissertation wird das erste fehlertolerante aggregierbare Signaturverfahren vorgestellt, bei dem das Hinzufügen einzelner falscher Signaturen bis zu einer gewissen Grenze keine schädlichen Auswirkungen hat. Eine aggregierte Signatur wird erst dann ungültig und unbrauchbar, sobald die Anzahl hinzugefügter fehlerhafter Signaturen diese Grenze überschreitet und behält davor weiterhin seine Gültigkeit für die korrekt signierten Dokumente. Dazu wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem jedes beliebige aggregierbare Signaturverfahren in ein fehlertolerantes Verfahren transformiert werden kann. Das zugrundeliegende Verfahren wird dabei nur als Black-Box verwendet und der Schutz gegen Fälschungsangriffe übertragt sich beweisbar und ohne Einschränkung auf das neue fehlertolerante Verfahren. Des Weiteren wird als Anwendung von fehlertoleranten Verfahren gezeigt, wie aus ihnen ein sicheres Log-Verfahren konstruiert werden kann. Deaggregationssicherheit: Erlangt ein Angreifer Zugriff auf eine aggregierte Signatur für einen bestimmten Datensatz, so sollte es ihm nicht möglich sein aus diesem Aggregat eine gültige Signatur für einen Teil der geschützten Dokumente abzuleiten, indem er einzelne Signaturen entfernt oder deaggregiert. Solche Angriffe können für viele Anwendungsfälle problematisch sein, da so Signaturen für Mengen von Dokumenten berechnet werden könnten, die nicht von den eigentlichen Erstellern beabsichtigt waren und nie von ihnen selbst signiert wurden. Wird ein aggregierbares Signaturverfahren etwa verwendet um eine Datenbank abzusichern, so sollte es Angreifern nicht möglich sein einzelne Einträge daraus zu entfernen. In dieser Dissertation werden mehrere Deaggregationssicherheitsbegriffe entwickelt, vorgestellt und untersucht. Dazu wird eine Hierarchie von verschieden starken Sicherheitsbegriffen entwickelt und die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Begriffen werden formal untersucht. Dabei wird auch gezeigt, dass der von aggregierbaren Signaturverfahren garantierte Schutz gegen Fälschungen keinerlei Sicherheit gegen Deaggregationsangriffe gewährleistet. Des Weiteren wird die Deaggregationssicherheit einer Reihe von bekannten und wichtigen aggregierbaren Signaturverfahren näher betrachtet. Die von diesen Verfahren gebotene Sicherheit wird exakt klassifiziert, indem entweder Angriffsmöglichkeiten demonstriert werden oder formal bewiesen wird, welcher Sicherheitsbegriff der Hierarchie vom Verfahren erfüllt wird. Außerdem wird die Verbindung von Fehlertoleranz und Deaggregationssicherheit untersucht. Dabei stellt sich heraus, dass beide Begriffe nicht zueinander kompatibel sind, indem bewiesen wird, dass fehlertolerante aggregierbare Signaturverfahren keinerlei Sicherheit gegen Deaggregationsangriffe bieten können. Somit muss bei Anwendungen von aggregierbaren Verfahren genau abgewogen werden, welche der beiden Eigenschaften notwendig ist und ob zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen angewendet werden müssen, um dieses Problem für die konkrete Anwendung zu beheben