Universally Composable Verifiable Random Oracles

Random Oracles werden häufig in der Kryptographie eingesetzt um sehr effiziente Instanziierungen mächtiger kryptographischer Primitive zu konstruieren. Jedoch ist diese Praxis im Allgemeinen nicht zulässig wie verschiedene Nicht-Instanziierungs-Ergebnisse für Random Oracles mittels lokal berechenbarer Familien von Funktionen durch Halevi et al. (JACM ’04) zeigt. Die Random Oracle Modell kann sicher eingesetzt werden, indem Random Oracles nicht mit einer lokal berechenbaren Hashfunktion, sondern stattdessen mit einem interaktiven Protokoll instanziiert werden. In der realen Welt könnte solch ein interaktives Protokoll beispielsweise aus einem vertrauenswürdigen Server, welcher über das Internet erreichbar ist, bestehen. Dieser Server würde sodann eine der bekannten Techniken wie lazy sampling oder das Auswerten einer Pseudo-Zufälligen Funktion verwenden, um die Funktionalität eines Random Oracle bereitzustellen. Ein klarer Nachteil dieses Ansatzes ist die große Menge an Interaktion, die bei jeder Berechnung, die eine Auswertung des Random Oracle beinhaltet, nötig ist. Wir wollen diese Interaktion auf ein Minimum reduzieren. Um obiges Unmöglichkeitsresultat zu umgehen, muss die Auswertung des Random Oracle auf einer frischen Eingabe Interaktion der auswertenden Partei mit einer anderen Partei beinhalten. Dies ist jedoch nicht der einzige Verwendungszweck von Random Oracles, der häufig in kryptographischen Protokollen auftritt. Bei einem weiteren solchen Zweck wertet zunächst eine Partei A das Orakel auf einer Eingabe aus und erhält einen Hashwert. Im Anschluss sendet A Eingabe und Ausgabe (im Kontext eines Protokolls) an eine zweite Partei B und möchte B davon überzeugen, dass das Random Oracle korrekt ausgewertet wurde. Eine einfache Möglichkeit dies zu prüfen besteht darin, dass B selbst eine Auswertung des Random Oracle auf der erhaltenen Eingabe tätigt und die beiden Ausgaben vergleicht. In unserem Kontext benötigt dies jedoch erneut Interaktion. Der Wunsch diesen zweiten Verwendungszweck nicht-interaktiv zu machen führt uns zum Begriff eines Verifiable Random Oracle (VRO) als Erweiterung eines Random Oracle. Abstrakt besteht ein VRO aus zwei Orakeln. Das erste Orakel verhält sich wie ein Random Oracle dessen Ausgabe um einen Korrektheitsbeweis erweitert wurde. Mit Hilfe dieses Beweises kann das zweite Orakel dazu verwendet werden öffentlich die korrekte Auswertung des Random Oracle zu verifizieren. Obwohl diese Orakel-basierte Formulierung nicht notwendigerweise nicht-interaktive Verifikation besitzt, so erlaubt jedoch die Einführung expliziter Korrektheitsbeweise dies. In dieser Masterarbeit formalisieren wir zunächst den Begriff eines VRO im Universal Composability Framework von Canetti (FOCS ’01). Danach wenden wir VROs auf zwei kryptographische Anwendungen an, die in ihrer ursprünglichen Formulierung das Random Oracle Modell verwenden, und zeigen, das deren Sicherheitseigenschaften erhalten bleiben. Um zu zeigen, dass unsere Definition realisierbar ist, konstruieren wir mehrere Protokolle, die die ideale VRO Funktionalität realisieren. Diese reichen von Protokollen für eine einzelne vertrauenswürdige Partei bis hin zu verteilten Protokollen, die eine gewisse Menge an böswilliger Korruption erlauben. Wir vergleichen weiterhin VROs mit ähnlichen existierenden Primitiven

The Prom Problem: Fair and Privacy-Enhanced Matchmaking with Identity Linked Wishes

In the Prom Problem (TPP), Alice wishes to attend a school dance with Bob and needs a risk-free, privacy preserving way to find out whether Bob shares that same wish. If not, no one should know that she inquired about it, not even Bob. TPP represents a special class of matchmaking challenges, augmenting the properties of privacy-enhanced matchmaking, further requiring fairness and support for identity linked wishes (ILW) – wishes involving specific identities that are only valid if all involved parties have those same wishes. The Horne-Nair (HN) protocol was proposed as a solution to TPP along with a sample pseudo-code embodiment leveraging an untrusted matchmaker. Neither identities nor pseudo-identities are included in any messages or stored in the matchmaker’s database. Privacy relevant data stay within user control. A security analysis and proof-of-concept implementation validated the approach, fairness was quantified, and a feasibility analysis demonstrated practicality in real-world networks and systems, thereby bounding risk prior to incurring the full costs of development. The SecretMatch™ Prom app leverages one embodiment of the patented HN protocol to achieve privacy-enhanced and fair matchmaking with ILW. The endeavor led to practical lessons learned and recommendations for privacy engineering in an era of rapidly evolving privacy legislation. Next steps include design of SecretMatch™ apps for contexts like voting negotiations in legislative bodies and executive recruiting. The roadmap toward a quantum resistant SecretMatch™ began with design of a Hybrid Post-Quantum Horne-Nair (HPQHN) protocol. Future directions include enhancements to HPQHN, a fully Post Quantum HN protocol, and more