1,540 research outputs found

    Making Code Voting Secure against Insider Threats using Unconditionally Secure MIX Schemes and Human PSMT Protocols

    Full text link
    Code voting was introduced by Chaum as a solution for using a possibly infected-by-malware device to cast a vote in an electronic voting application. Chaum's work on code voting assumed voting codes are physically delivered to voters using the mail system, implicitly requiring to trust the mail system. This is not necessarily a valid assumption to make - especially if the mail system cannot be trusted. When conspiring with the recipient of the cast ballots, privacy is broken. It is clear to the public that when it comes to privacy, computers and "secure" communication over the Internet cannot fully be trusted. This emphasizes the importance of using: (1) Unconditional security for secure network communication. (2) Reduce reliance on untrusted computers. In this paper we explore how to remove the mail system trust assumption in code voting. We use PSMT protocols (SCN 2012) where with the help of visual aids, humans can carry out mod10\mod 10 addition correctly with a 99\% degree of accuracy. We introduce an unconditionally secure MIX based on the combinatorics of set systems. Given that end users of our proposed voting scheme construction are humans we \emph{cannot use} classical Secure Multi Party Computation protocols. Our solutions are for both single and multi-seat elections achieving: \begin{enumerate}[i)] \item An anonymous and perfectly secure communication network secure against a tt-bounded passive adversary used to deliver voting, \item The end step of the protocol can be handled by a human to evade the threat of malware. \end{enumerate} We do not focus on active adversaries

    Quantum Anonymous Transmissions

    Full text link
    We consider the problem of hiding sender and receiver of classical and quantum bits (qubits), even if all physical transmissions can be monitored. We present a quantum protocol for sending and receiving classical bits anonymously, which is completely traceless: it successfully prevents later reconstruction of the sender. We show that this is not possible classically. It appears that entangled quantum states are uniquely suited for traceless anonymous transmissions. We then extend this protocol to send and receive qubits anonymously. In the process we introduce a new primitive called anonymous entanglement, which may be useful in other contexts as well.Comment: 18 pages, LaTeX. Substantially updated version. To appear at ASIACRYPT '0

    SPM: Source Privacy for Mobile Ad Hoc Networks

    Get PDF

    Scalable and Robust Distributed Algorithms for Privacy-Preserving Applications

    Get PDF
    We live in an era when political and commercial entities are increasingly engaging in sophisticated cyber attacks to damage, disrupt, or censor information content and to conduct mass surveillance. By compiling various patterns from user data over time, untrusted parties could create an intimate picture of sensitive personal information such as political and religious beliefs, health status, and so forth. In this dissertation, we study scalable and robust distributed algorithms that guarantee user privacy when communicating with other parties to either solely exchange information or participate in multi-party computations. We consider scalability and robustness requirements in three privacy-preserving areas: secure multi-party computation (MPC), anonymous broadcast, and blocking-resistant Tor bridge distribution. We propose decentralized algorithms for MPC that, unlike most previous work, scale well with the number of parties and tolerate malicious faults from a large fraction of the parties. Our algorithms do not require any trusted party and are fully load-balanced. Anonymity is an essential tool for achieving privacy; it enables individuals to communicate with each other without being identified as the sender or the receiver of the information being exchanged. We show that our MPC algorithms can be effectively used to design a scalable anonymous broadcast protocol. We do this by developing a multi-party shuffling protocol that can efficiently anonymize a sequence of messages in the presence of many faulty nodes. Our final approach for preserving user privacy in cyberspace is to improve Tor; the most popular anonymity network in the Internet. A current challenge with Tor is that colluding corrupt users inside a censorship territory can completely block user\u27s access to Tor by obtaining information about a large fraction of Tor bridges; a type of relay nodes used as the Tor\u27s primary mechanism for blocking-resistance. We describe a randomized bridge distribution algorithm, where all honest users are guaranteed to connect to Tor in the presence of an adversary corrupting an unknown number of users. Our simulations suggest that, with minimal resource costs, our algorithm can guarantee Tor access for all honest users after a small (logarithmic) number of rounds

    On Security Notions for Multi-Party Computation

    Get PDF
    Die meisten Sicherheitsbegriffe, die heutzutage benutzt werden, stammen aus den 1980ern. Doch durch ein seitdem besseres Verständnis der Theorie stellt sich die Frage, ob sie nicht weiterentwickelt werden können. Ein begrenzender Faktor sind hierbei sogenannte Unmöglichkeitsbeweise, die mathematisch beweisen, welche Sicherheitsgarantien nicht erfüllt werden können. Diese liefern einen begrenzenden Faktor, ihre Aussage sollte jedoch nicht übertrieben werden. Der Beweis ist nur in seinem eigenen Setting gültig und deckt nur genau den einen Sicherheitsbegriff ab. Historisch haben sich die etablierten Sicherheitsbegriffe jedoch zu etwas deutlich schwächerem entwickelt, wodurch eine Lücke zwischen dem entstanden ist, was praktisch benutzt wird, und dem, was bekanntermaßen unmöglich ist. In dieser Promotion zeigen wir einige dieser Lücken auf und untersuchen Sicherheitsbegriffe, die mit Sicherer Mehrparteienberechnung (MPC) zusammenhängen, und die zwischen den Etablierten und den Unmöglichen liegen. Abbildung von Geschäftsmodellen und Gesetzlichen Regelungen in MPC. Mit Sicherer Mehrparteienberechnung (MPC) können Parteien eine Funktion über privaten Eingaben auf sichere Weise so berechnen, dass nichts über die Eingaben der anderen Parteien bekannt wird außer die Ausgabe der Funktion. Heutzutage hat MPC nur einen vergleichsweise geringen Mehraufwand im Vergleich zur direkten Berechnung. Und obwohl Datensparsamkeit in der Praxis belohnt wird, wird MPC kaum benutzt. Wir glauben dass einer der Gründe dafür, dass MPC in Praxis kaum benutzt wird, darin liegt, dass es Geschäftsmodelle und gesetzliche Regelungen ignoriert die eine gewisse Leakage der Daten benötigen, während allgemeines MPC auf fast-perfekte Privatsphäre hinarbeitet. Wir präsentieren einen neuen Baustein, der es Geschäften---die durch einen zentralen Operator repräsentiert werden---ermöglicht, effizient die gewünschte Menge an Leakage abzubilden, die benötigt wird, um das Geschäft aufrechtzuerhalten oder um gesetzliche Vorgaben zu erfüllen, während Nutzer anonym und ohne durch mehrere Interaktionen hinweg verlinkt werden können Daten sammeln. Wir modellieren die Anforderungen im Universal Composability (UC) Framework. Dadurch wird garantiert, dass die Sicherheitsgarantien unabhängig davon halten, welche Protokolle parallel ausgeführt werden. Trotz dieser starken Sicherheitsgarantien ist das Protokoll dabei effizient genug, um auf moderner Hardware ausgeführt zu werden, selbst wenn der Nutzer die Daten auf Smartphones mit beschränkter Rechenleistung sammeln. (Fetzer, Keller, Maier, Raiber, Rupp, Schwerdt, PETS 2022) Eine Instantiierung stärkerer Commitments. Mit einem Bit Commitment Schema kann sich ein Sender gegenüber eines Empfängers auf ein Bit festlegen, ohne das dabei zu offenbaren (hiding), aber auf eine Art die es dem Sender nicht erlaubt, den Empfänger später davon zu überzeugen, dass das Commitment auf ein anderes Bit festgelegt wurde (binding). In der Quantenwelt sind Commitments stark genug, um MPC zu konstruieren, weswegen es einen Anreiz gibt, Commitments so sicher wie möglich zu machen; jedoch sagen Unmöglichkeitsbeweise aus, dass beide Sicherheitsbegriffe -- hiding und binding -- gleichzeitig nicht bedingungslos halten können. Als Konsequenz weichen moderne Bit Commitment Schemas eine Sicherheitseigenschaft auf, die dann nur noch computationally halten, also auf Grundlage komplexitätstheoretischer Annahmen. Wir stellen das erste Bit Commitment Protokoll im Quantum Random Oracle Modle (QROM) vor, das bedingungslose Sicherheit für den Empfänger (binding) und langfristige Sicherheit für den Sender (hiding) bietet und das dabei keine Zusatzhardware benötigt. Unser Resultat basiert auf einer neuen Annahme über die Schwierigkeit, Quantenzustände über einen langen Zeitraum zu speichern. Langfristige Sicherheit modelliert technischen Fortschritt des Angreifers, da Transkripte, die heutzutage nicht effizient gebrochen werden können, in Zukunft vielleicht einfach extrahierbar sind, sobald schnellere Maschinen verfügbar sind. Wir beweisen die Sicherheit des Commitment Protokolls im QROM unter oben genannter Annahme und zeigen, dass eine Instantiierung im Standardmodell zu einem neuen Angriff auf die langfristige Hiding-Eigenschaft zulässt. (Döttling, Koch, Maier, Mechler, Müller, Müller-Quade, Tiepelt, IN EINREICHUNG) Undetectable Multi-Party Computation. Covert MPC ist eine Erweiterung von MPC, die nicht nur die Eingaben versteckt, sondern das gesamte Vorhandensein der Berechnung. Teilnehmer lernen nur dann die Ausgabe, wenn alle anderen Parteien das Protokoll ausgeführt haben und die Ausgabe für alle Parteien vorteilhaft ist. Anderenfalls lernen die Teilnehmer nichts, nicht mal, welche anderen Parteien versucht haben, an der Berechnung teilzunehmen. Ein einzelner Nichtteilnehmer kann unabsichtlich die gesamte Berechnung abbrechen. Daher stellt sich die Frage: können NN Teilnehmer eine Berechnung ausführen, während K>NK > N Parteien anwesend sind, und bei der die Ausgabe nur von den Eingaben der NN Teilnehmer abhängt, während die Identität der anderen Teilnehmer unter den anwesenden Parteien versteckt wird? Dies sollte insbesondere dann gelten, wenn die restlichen Parteien nicht wissen, dass eine Berechnung im Gang ist. Wir verknüpfen diese Frage mit der theoretischen Machbarkeit von Anonymen Whistleblowing, bei dem eine einzelne Partei versucht, eine Nachricht preiszugeben, ohne dabei die eigene Identität zu offenbaren und ohne dass sich die anderen Parteien auf irgendeine besondere Art verhalten müssen. Leider zeigen wir dass keine Primitive sowohl Korrektheit und Anonymität mit überwältigender Wahrscheinlichkeit im asymptotischen Setting erreichen kann, selbst unter sehr starken Annahmen. Jedoch konstruieren wir eine heuristische Instantiierung im Fine-Grained setting mit überwältigender Korrektheit und jeder beliebigen Ziel-Anonymität. Unsere Ergebnisse liefern starke Grundlagen für die Untersuchung der Möglichkeit von Anonymen Nachrichtentransfer durch authentifizierte Kanäle, ein faszinierendes Ziel von dem wir glauben, dass es von grundlegendem Interesse ist. (Agrikola, Couteau, Maier, TCC 2022

    Finding Safety in Numbers with Secure Allegation Escrows

    Full text link
    For fear of retribution, the victim of a crime may be willing to report it only if other victims of the same perpetrator also step forward. Common examples include 1) identifying oneself as the victim of sexual harassment, especially by a person in a position of authority or 2) accusing an influential politician, an authoritarian government, or ones own employer of corruption. To handle such situations, legal literature has proposed the concept of an allegation escrow: a neutral third-party that collects allegations anonymously, matches them against each other, and de-anonymizes allegers only after de-anonymity thresholds (in terms of number of co-allegers), pre-specified by the allegers, are reached. An allegation escrow can be realized as a single trusted third party; however, this party must be trusted to keep the identity of the alleger and content of the allegation private. To address this problem, this paper introduces Secure Allegation Escrows (SAE, pronounced "say"). A SAE is a group of parties with independent interests and motives, acting jointly as an escrow for collecting allegations from individuals, matching the allegations, and de-anonymizing the allegations when designated thresholds are reached. By design, SAEs provide a very strong property: No less than a majority of parties constituting a SAE can de-anonymize or disclose the content of an allegation without a sufficient number of matching allegations (even in collusion with any number of other allegers). Once a sufficient number of matching allegations exist, the join escrow discloses the allegation with the allegers' identities. We describe how SAEs can be constructed using a novel authentication protocol and a novel allegation matching and bucketing algorithm, provide formal proofs of the security of our constructions, and evaluate a prototype implementation, demonstrating feasibility in practice.Comment: To appear in NDSS 2020. New version includes improvements to writing and proof. The protocol is unchange

    Authentication Protocols and Privacy Protection

    Get PDF
    Tato dizertační práce se zabývá kryptografickými prostředky pro autentizaci. Hlavním tématem však nejsou klasické autentizační protokoly, které nabízejí pouze ověření identity, ale tzv. atributové autentizační systémy, pomocí kterých mohou uživatelé prokazovat svoje osobní atributy. Tyto atributy pak mohou představovat jakékoliv osobní informace, např. věk, národnost či místo narození. Atributy mohou být prokazovány anonymně a s podporou mnoha funkcí na ochranu digitální identity. Mezi takové funkce patří např. nespojitelnost autentizačních relací, nesledovatelnost, možnost výběru prokazovaných atributů či efektivní revokace. Atributové autentizační systémy jsou již nyní považovány za nástupce současných systémů v oficiálních strategických plánech USA (NSTIC) či EU (ENISA). Část požadovaných funkcí je již podporována existujícími kryptografickými koncepty jako jsou U-Prove či idemix. V současné době však není známý systém, který by poskytoval všechny potřebné funkce na ochranu digitální identity a zároveň byl prakticky implementovatelný na zařízeních, jako jsou čipové karty. Mezi klíčové slabiny současných systémů patří především chybějící nespojitelnost relací a absence revokace. Není tak možné efektivně zneplatnit zaniklé uživatele, ztracené či ukradené autentizační karty či karty škodlivých uživatelů. Z těchto důvodů je v této práci navrženo kryptografické schéma, které řeší slabiny nalezené při analýze existujících řešení. Výsledné schéma, jehož návrh je založen na ověřených primitivech, jako jsou Σ\Sigma-protokoly pro důkazy znalostí, kryptografické závazky či ověřitelné šifrování, pak podporuje všechny požadované vlastnosti pro ochranu soukromí a digitální identity. Zároveň je však návrh snadno implementovatelný v prostředí smart-karet. Tato práce obsahuje plný kryptografický návrh systému, formální ověření klíčových vlastností, matematický model schématu v programu Mathematica pro ověření funkčnosti a výsledky experimentální implementace v prostředí .NET smart-karet. I přesto, že navrhovaný systém obsahuje podporu všech funkcí na ochranu soukromí, včetně těch, které chybí u existujících systémů, jeho výpočetní složitost zůstává stejná či nižší, doba ověření uživatele je tedy kratší než u existujících systémů. Výsledkem je schéma, které může velmi znatelně zvýšit ochranu soukromí uživatelů při jejich ověřování, především při využití v elektronických dokladech, přístupových systémech či Internetových službách.This dissertation thesis deals with the cryptographic constructions for user authentication. Rather than classical authentication protocols which allow only the identity verification, the attribute authentication systems are the main topic of this thesis. The attribute authentication systems allow users to give proofs about the possession of personal attributes. These attributes can represent any personal information, for example age, nationality or birthplace. The attribute ownership can be proven anonymously and with the support of many features for digital identity protection. These features include, e.g., the unlinkability of verification sessions, untraceability, selective disclosure of attributes or efficient revocation. Currently, the attribute authentication systems are considered to be the successors of existing authentication systems by the official strategies of USA (NSTIC) and EU (ENISA). The necessary features are partially provided by existing cryptographic concepts like U-Prove and idemix. But at this moment, there is no system providing all privacy-enhancing features which is implementable on computationally restricted devices like smart-cards. Among all weaknesses of existing systems, the missing unlinkability of verification sessions and the absence of practical revocation are the most critical ones. Without these features, it is currently impossible to invalidate expired users, lost or stolen authentication cards and cards of malicious users. Therefore, a new cryptographic scheme is proposed in this thesis to fix the weaknesses of existing schemes. The resulting scheme, which is based on established primitives like Σ\Sigma-protocols for proofs of knowledge, cryptographic commitments and verifiable encryption, supports all privacy-enhancing features. At the same time, the scheme is easily implementable on smart-cards. This thesis includes the full cryptographic specification, the formal verification of key properties, the mathematical model for functional verification in Mathematica software and the experimental implementation on .NET smart-cards. Although the scheme supports all privacy-enhancing features which are missing in related work, the computational complexity is the same or lower, thus the time of verification is shorter than in existing systems. With all these features and properties, the resulting scheme can significantly improve the privacy of users during their verification, especially when used in electronic ID systems, access systems or Internet services.

    A privacy-friendly gaming framework in smart electricity and water grids

    Get PDF
    Serious games can be used to push consumers of common-pool resources toward socially responsible consumption patterns. However, gamified interactions can result in privacy leaks and potential misuses of player-provided data. In the Smart Grid ecosystem, a smart metering framework providing some basic cryptographic primitives can enable the implementation of serious games in a privacy-friendly manner. This paper presents a smart metering architecture in which the users have access to their own high-frequency data and can use them as the input data to a multi-party secure protocol. Authenticity and correctness of the data are guaranteed by the usage of a public blockchain. The framework enables a gaming platform to administer a set of team game activities aimed at promoting a more sustainable usage of energy and water. We discuss and assess the performance of a protocol based on Shamir secret sharing scheme, which enables the members of the teams to calculate their overall consumption and to compare it with those of other teams without disclosing individual energy usage data. Additionally, the protocol impedes that the game platform learns the meter readings of the players (either individual or aggregated) and their challenge objectives
    corecore