Identity-based Encryption Tightly Secure under Chosen-ciphertext Attacks

We propose the first identity-based encryption (IBE) scheme that is (almost) tightly secure against chosen-ciphertext attacks. Our scheme is efficient, in the sense that its ciphertext overhead is only seven group elements, three group elements more than that of the state-of-the-art passively (almost) tightly secure IBE scheme. Our scheme is secure in a multi-challenge setting, i.e., in face of an arbitrary number of challenge ciphertexts. The security of our scheme is based upon the standard symmetric external Diffie-Hellman assumption in pairing-friendly groups, but we also consider (less efficient) generalizations under weaker assumptions

URDP: General Framework for Direct CCA2 Security from any Lattice-Based PKE Scheme

Design efficient lattice-based cryptosystem secure against adaptive chosen ciphertext attack (IND-CCA2) is a challenge problem. To the date, full CCA2-security of all proposed lattice-based PKE schemes achieved by using a generic transformations such as either strongly unforgeable one-time signature schemes (SU-OT-SS), or a message authentication code (MAC) and weak form of commitment. The drawback of these schemes is that encryption requires "separate encryption". Therefore, the resulting encryption scheme is not sufficiently efficient to be used in practice and it is inappropriate for many applications such as small ubiquitous computing devices with limited resources such as smart cards, active RFID tags, wireless sensor networks and other embedded devices. In this work, for the first time, we introduce an efficient universal random data padding (URDP) scheme, and show how it can be used to construct a "direct" CCA2-secure encryption scheme from "any" worst-case hardness problems in (ideal) lattice in the standard model, resolving a problem that has remained open till date. This novel approach is a "black-box" construction and leads to the elimination of separate encryption, as it avoids using general transformation from CPA-secure scheme to a CCA2-secure one. IND-CCA2 security of this scheme can be tightly reduced in the standard model to the assumption that the underlying primitive is an one-way trapdoor function.Comment: arXiv admin note: text overlap with arXiv:1302.0347, arXiv:1211.6984; and with arXiv:1205.5224 by other author

Efficient Conditional Proxy Re-encryption with Chosen-Ciphertext Security

Recently, a variant of proxy re-encryption, named conditional proxy re-encryption (C-PRE), has been introduced. Compared with traditional proxy re-encryption, C-PRE enables the delegator to implement fine-grained delegation of decryption rights, and thus is more useful in many applications. In this paper, based on a careful observation on the existing definitions and security notions for C-PRE, we reformalize more rigorous definition and security notions for C-PRE. We further propose a more efficient C-PRE scheme, and prove its chosenciphertext security under the decisional bilinear Diffie-Hellman (DBDH) assumption in the random oracle model. In addition, we point out that a recent C-PRE scheme fails to achieve the chosen-ciphertext security

Tightly Secure Hierarchical Identity-Based Encryption

We construct the first tightly secure hierarchical identity-based encryption (HIBE) scheme based on standard assumptions, which solves an open problem from Blazy, Kiltz, and Pan (CRYPTO 2014). At the core of our constructions is a novel randomization technique that enables us to randomize user secret keys for identities with flexible length. The security reductions of previous HIBEs lose at least a factor of Q, which is the number of user secret key queries. Different to that, the security loss of our schemes is only dependent on the security parameter. Our schemes are adaptively secure based on the Matrix Diffie-Hellman assumption, which is a generalization of standard Diffie-Hellman assumptions such as k-Linear. We have two tightly secure constructions, one with constant ciphertext size, and the other with tighter security at the cost of linear ciphertext size. Among other things, our schemes imply the first tightly secure identity-based signature scheme by a variant of the Naor transformation

Improvements and New Constructions of Digital Signatures

Ein digitales Signaturverfahren, oft auch nur digitale Signatur genannt, ist ein wichtiger und nicht mehr wegzudenkender Baustein in der Kryptographie. Es stellt das digitale Äquivalent zur klassischen handschriftlichen Signatur dar und liefert darüber hinaus noch weitere wünschenswerte Eigenschaften. Mit solch einem Verfahren kann man einen öffentlichen und einen geheimen Schlüssel erzeugen. Der geheime Schlüssel dient zur Erstellung von Signaturen zu beliebigen Nachrichten. Diese können mit Hilfe des öffentlichen Schlüssels von jedem überprüft und somit verifiziert werden. Desweiteren fordert man, dass das Verfahren "sicher" sein soll. Dazu gibt es in der Literatur viele verschiedene Begriffe und Definitionen, je nachdem welche konkreten Vorstellungen beziehungsweise Anwendungsgebiete man hat. Vereinfacht gesagt, sollte es für einen Angreifer ohne Kenntnis des geheimen Schlüssels nicht möglich sein eine gültige Signatur zu einer beliebigen Nachricht zu fälschen. Ein sicheres Signaturverfahren kann somit verwendet werden um die folgenden Ziele zu realisieren: - Authentizität: Jeder Empfänger kann überprüfen, ob die Nachricht von einem bestimmten Absender kommt. - Integrität der Nachricht: Jeder Empfänger kann feststellen, ob die Nachricht bei der Übertragung verändert wurde. - Nicht-Abstreitbarkeit: Der Absender kann nicht abstreiten die Signatur erstellt zu haben. Damit ist der Einsatz von digitalen Signaturen für viele Anwendungen in der Praxis sehr wichtig. Überall da, wo es wichtig ist die Authentizität und Integrität einer Nachricht sicherzustellen, wie beim elektronischen Zahlungsverkehr, Softwareupdates oder digitalen Zertifikaten im Internet, kommen digitale Signaturen zum Einsatz. Aber auch für die kryptographische Theorie sind digitale Signaturen ein unverzichtbares Hilfsmittel. Sie ermöglichen zum Beispiel die Konstruktion von stark sicheren Verschlüsselungsverfahren. Eigener Beitrag: Wie bereits erwähnt gibt es unterschiedliche Sicherheitsbegriffe im Rahmen von digitalen Signaturen. Ein Standardbegriff von Sicherheit, der eine recht starke Form von Sicherheit beschreibt, wird in dieser Arbeit näher betrachtet. Die Konstruktion von Verfahren, die diese Form der Sicherheit erfüllen, ist ein vielschichtiges Forschungsthema. Dazu existieren unterschiedliche Strategien in unterschiedlichen Modellen. In dieser Arbeit konzentrieren wir uns daher auf folgende Punkte. - Ausgehend von vergleichsweise realistischen Annahmen konstruieren wir ein stark sicheres Signaturverfahren im sogenannten Standardmodell, welches das realistischste Modell für Sicherheitsbeweise darstellt. Unser Verfahren ist das bis dahin effizienteste Verfahren in seiner Kategorie. Es erstellt sehr kurze Signaturen und verwendet kurze Schlüssel, beides unverzichtbar für die Praxis. - Wir verbessern die Qualität eines Sicherheitsbeweises von einem verwandten Baustein, der identitätsbasierten Verschlüsselung. Dies hat unter anderem Auswirkung auf dessen Effizienz bezüglich der empfohlenen Schlüssellängen für den sicheren Einsatz in der Praxis. Da jedes identitätsbasierte Verschlüsselungsverfahren generisch in ein digitales Signaturverfahren umgewandelt werden kann ist dies auch im Kontext digitaler Signaturen interessant. - Wir betrachten Varianten von digitalen Signaturen mit zusätzlichen Eigenschaften, sogenannte aggregierbare Signaturverfahren. Diese ermöglichen es mehrere Signaturen effizient zu einer zusammenzufassen und dabei trotzdem alle zugehörigen verschiedenen Nachrichten zu verifizieren. Wir geben eine neue Konstruktion von solch einem aggregierbaren Signaturverfahren an, bei der das Verfahren eine Liste aller korrekt signierten Nachrichten in einer aggregierten Signatur ausgibt anstatt, wie bisher üblich, nur gültig oder ungültig. Wenn eine aggregierte Signatur aus vielen Einzelsignaturen besteht wird somit das erneute Berechnen und eventuell erneute Senden hinfällig und dadurch der Aufwand erheblich reduziert

On Cryptographic Building Blocks and Transformations

Cryptographic building blocks play a central role in cryptography, e.g., encryption or digital signatures with their security notions. Further, cryptographic building blocks might be constructed modularly, i.e., emerge out of other cryptographic building blocks. Essentially, one cryptographically transforms the underlying block(s) and their (security) properties into the emerged block and its properties. This thesis considers cryptographic building blocks and new cryptographic transformations

Roadmap on optical security

Postprint (author's final draft