Efficient and Universally Composable Protocols for Oblivious Transfer from the CDH Assumption

Oblivious Transfer (OT) is a simple, yet fundamental primitive which suffices to achieve almost every cryptographic application. In a recent work (Latincrypt `15), Chou and Orlandi (CO) present the most efficient, fully UC-secure OT protocol to date and argue its security under the CDH assumption. Unfortunately, a subsequent work by Genc et al. (Eprint `17) exposes a flaw in their proof which renders the CO protocol insecure. In this work, we make the following contributions: We first point out two additional, previously undiscovered flaws in the CO protocol and then show how to patch the proof with respect to static and malicious corruptions in the UC model under the stronger Gap Diffie-Hellman (GDH) assumption. With the proof failing for adaptive corruptions even under the GDH assumption, we then present a novel OT protocol which builds on ideas from the CO protocol and can be proven fully UC-secure under the CDH assumption. Interestingly, our new protocol is actually significantly more efficient (roughly by a factor of two) than the CO protocol. This improvement is made possible by avoiding costly redundancy in the symmetric encryption scheme used in the CO protocol. Our ideas can also be applied to the original CO protocol, which yields a similar gain in efficiency

Round-Optimal Secure Multi-Party Computation

Secure multi-party computation (MPC) is a central cryptographic task that allows a set of mutually distrustful parties to jointly compute some function of their private inputs where security should hold in the presence of a malicious adversary that can corrupt any number of parties. Despite extensive research, the precise round complexity of this standard-bearer\u27\u27 cryptographic primitive is unknown. Recently, Garg, Mukherjee, Pandey and Polychroniadou, in EUROCRYPT 2016 demonstrated that the round complexity of any MPC protocol relying on black-box proofs of security in the plain model must be at least four. Following this work, independently Ananth, Choudhuri and Jain, CRYPTO 2017 and Brakerski, Halevi, and Polychroniadou, TCC 2017 made progress towards solving this question and constructed four-round protocols based on non-polynomial time assumptions. More recently, Ciampi, Ostrovsky, Siniscalchi and Visconti in TCC 2017 closed the gap for two-party protocols by constructing a four-round protocol from polynomial-time assumptions. In another work, Ciampi, Ostrovsky, Siniscalchi and Visconti TCC 2017 showed how to design a four-round multi-party protocol for the specific case of multi-party coin-tossing. In this work, we resolve this question by designing a four-round actively secure multi-party (two or more parties) protocol for general functionalities under standard polynomial-time hardness assumptions with a black-box proof of security

Optimistic fair exchange

A fair exchange guarantees that a participant only reveals its items (such as signatures, payments, or data) if it receives the expected items in exchange. Efficient fair exchange requires a so-called third party, which is assumed to be correct. Optimistic fair exchange involves this third party only if needed, i.e., if the participants cheat or disagree. In Part I, we prove lower bounds on the message and time complexity of two particular instances of fair exchange in varying models, namely contract signing (fair exchange of two signatures under a contract) and certified mail (fair exchange of data for a receipt). We show that all given bounds are tight by describing provably time- and message-optimal protocols for all considered models and instances. In Part II, we have a closer look at formalizing the security of fair exchange. We introduce a new formal notion of security (including secrecy) for reactive distributed systems. We illustrate this new formalism by a specification of certified mail as an alternative to the traditional specification given in Part I. In Part III, we describe protocols for generic and optimistic fair exchange of arbitrary items. These protocols are embedded into the SEMPER Fair Exchange Layer, which is a central part of the SEMPER Framework for Secure Electronic Commerce.Ein Austausch ist fair, wenn eine Partei die angebotenen Güter, wie zum Beispiel digitale Signaturen, Zahlungen oder Daten, nur abgibt, wenn sie die erwarteten Güter im Tausch erhält. Ohne eine als korrekt angenommene dritte Partei, welche eine mit einem Notar vergleichbare Rolle übernimmt, ist fairer Austausch nicht effizient möglich. Ein fairer Austausch heißt optimistisch, falls diese dritte Partei nur in Problemfällen am Protokoll teilnimmt. In Teil I werden beweisbar zeit- und nachrichtenoptimale Protokolle für die Spezialfälle ';elektronische Vertragsunterzeichnung" (fairer Austausch zweier Signaturen; engl. contract signing) und ';elektronisches Einschreiben" (fairer Austausch von Daten gegen eine Quittung; engl. certified mail) von fairem Austausch vorgestellt. Teil II beschreibt einen neuen Integritäts- und Geheimhaltungsbegriff für reaktive Systeme. Dieser basiert auf einer Vergleichsrelation ';so sicher wie", welche die Sicherheit zweier Systeme vergleicht. Ein verteiltes, reaktives System wird dann als sicher bezeichnet, wenn es so sicher wie ein idealisiertes System (engl. trusted host) für diesen Dienst ist. Mit diesem Formalismus geben wir eine alternative Sicherheitsdefinition von ';elektronischem Einschreiben" an, deren Semantik im Gegensatz zu der in Teil I beschriebenen Definition nun unabhängig vom erbrachten Dienst ist. Teil III beschreibt ein Design und optimistische Protokolle für generischen fairen Austausch von zwei beliebigen Gütern und den darauf aufbauenden SEMPER Fair Exchange Layer. Dieser ist ein wesentlicher Baustein des SEMPER Framework for Secure Electronic Commerce

Optimistic fair exchange

A fair exchange guarantees that a participant only reveals its items (such as signatures, payments, or data) if it receives the expected items in exchange. Efficient fair exchange requires a so-called third party, which is assumed to be correct. Optimistic fair exchange involves this third party only if needed, i.e., if the participants cheat or disagree. In Part I, we prove lower bounds on the message and time complexity of two particular instances of fair exchange in varying models, namely contract signing (fair exchange of two signatures under a contract) and certified mail (fair exchange of data for a receipt). We show that all given bounds are tight by describing provably time- and message-optimal protocols for all considered models and instances. In Part II, we have a closer look at formalizing the security of fair exchange. We introduce a new formal notion of security (including secrecy) for reactive distributed systems. We illustrate this new formalism by a specification of certified mail as an alternative to the traditional specification given in Part I. In Part III, we describe protocols for generic and optimistic fair exchange of arbitrary items. These protocols are embedded into the SEMPER Fair Exchange Layer, which is a central part of the SEMPER Framework for Secure Electronic Commerce.Ein Austausch ist fair, wenn eine Partei die angebotenen Güter, wie zum Beispiel digitale Signaturen, Zahlungen oder Daten, nur abgibt, wenn sie die erwarteten Güter im Tausch erhält. Ohne eine als korrekt angenommene dritte Partei, welche eine mit einem Notar vergleichbare Rolle übernimmt, ist fairer Austausch nicht effizient möglich. Ein fairer Austausch heißt optimistisch, falls diese dritte Partei nur in Problemfällen am Protokoll teilnimmt. In Teil I werden beweisbar zeit- und nachrichtenoptimale Protokolle für die Spezialfälle \u27;elektronische Vertragsunterzeichnung" (fairer Austausch zweier Signaturen; engl. contract signing) und \u27;elektronisches Einschreiben" (fairer Austausch von Daten gegen eine Quittung; engl. certified mail) von fairem Austausch vorgestellt. Teil II beschreibt einen neuen Integritäts- und Geheimhaltungsbegriff für reaktive Systeme. Dieser basiert auf einer Vergleichsrelation \u27;so sicher wie", welche die Sicherheit zweier Systeme vergleicht. Ein verteiltes, reaktives System wird dann als sicher bezeichnet, wenn es so sicher wie ein idealisiertes System (engl. trusted host) für diesen Dienst ist. Mit diesem Formalismus geben wir eine alternative Sicherheitsdefinition von \u27;elektronischem Einschreiben" an, deren Semantik im Gegensatz zu der in Teil I beschriebenen Definition nun unabhängig vom erbrachten Dienst ist. Teil III beschreibt ein Design und optimistische Protokolle für generischen fairen Austausch von zwei beliebigen Gütern und den darauf aufbauenden SEMPER Fair Exchange Layer. Dieser ist ein wesentlicher Baustein des SEMPER Framework for Secure Electronic Commerce