Practical Certificateless Aggregate Signatures From Bilinear Maps

Aggregate signature is a digital signature with a striking property that anyone can aggregate n individual signatures on n different messages which are signed by n distinct signers, into a single compact signature to reduce computational and storage costs. In this work, two practical certificateless aggregate signature schemes are proposed from bilinear maps. The first scheme CAS-1 reduces the costs of communication and signer-side computation but trades off the storage, while CAS-2 minimizes the storage but sacrifices the communication costs. One can choose either of the schemes by consideration of the application requirement. Compare with ID-based schemes, our schemes do not entail public key certificates as well and achieve the trust level 3, which imply the frauds of the authority are detectable. Both of the schemes are proven secure in the random oracle model by assuming the intractability of the computational Diffie-Hellman problem over the groups with bilinear maps, where the forking lemma technique is avoided

Keeping Authorities "Honest or Bust" with Decentralized Witness Cosigning

The secret keys of critical network authorities - such as time, name, certificate, and software update services - represent high-value targets for hackers, criminals, and spy agencies wishing to use these keys secretly to compromise other hosts. To protect authorities and their clients proactively from undetected exploits and misuse, we introduce CoSi, a scalable witness cosigning protocol ensuring that every authoritative statement is validated and publicly logged by a diverse group of witnesses before any client will accept it. A statement S collectively signed by W witnesses assures clients that S has been seen, and not immediately found erroneous, by those W observers. Even if S is compromised in a fashion not readily detectable by the witnesses, CoSi still guarantees S's exposure to public scrutiny, forcing secrecy-minded attackers to risk that the compromise will soon be detected by one of the W witnesses. Because clients can verify collective signatures efficiently without communication, CoSi protects clients' privacy, and offers the first transparency mechanism effective against persistent man-in-the-middle attackers who control a victim's Internet access, the authority's secret key, and several witnesses' secret keys. CoSi builds on existing cryptographic multisignature methods, scaling them to support thousands of witnesses via signature aggregation over efficient communication trees. A working prototype demonstrates CoSi in the context of timestamping and logging authorities, enabling groups of over 8,000 distributed witnesses to cosign authoritative statements in under two seconds.Comment: 20 pages, 7 figure

Using combinatorial group testing to solve integrity issues

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, Florianópolis, 2015O uso de documentos eletrônicos para compartilhar informações é de fundamental importância, assim como a garantia de integridade e autenticidade dos mesmos. Para provar que alguém é dono ou concorda com o conteúdo de um documento em papel, essa pessoa precisa assiná-lo. Se o documento foi modificado após a assinatura, geralmente é possível localizar essas modificações através de rasuras. Existem técnicas similares em documentos digitais, conhecidas como assinaturas digitais, porém, propriedades como as de identificar as modificações são perdidas.Ao determinar quais partes de um documento foram modificadas, o receptor da mensagem seria capaz de verificar se essas modificações ocorreram em partes importantes, irrelevantes ou até esperadas do documento. Em algumas aplicações, uma quantidade limitada de modificações são permitidas mas é necessário manter o controle do local em que elas ocorreram, como em formulários eletrônicos. Em outras aplicações modificações não são permitidas, mas é importante poder acessar partes das informações que tem integridade garantida ou até mesmo utilizar a localização das modificações para investigação.Neste trabalho é considerado o problema de garantia parcial de integridade e autenticidade de dados assinados. Dois cenários são estudados: o primeiro está relacionado com a localização de modificações em um documento assinado e o segundo está relacionado com a localização de assinaturas inválidas em um conjunto de dados assinados individualmente. No primeiro cenário é proposto um esquema de assinatura digital capaz de detectar e localizar modificações num documento. O documento a ser assinado é primeiramente dividido em n blocos, tendo em conta um limite d para a quantidade máxima de blocos modificados que o esquema de assinatura consegue localizar. São propostos algoritmos eficientes para as etapas de assinatura e verificação, resultando em uma assinatura de tamanho razoavelmente compacto. Por exemplo, para d fixo, são adicionados O(log n) hashes ao tamanho de uma assinatura tradicional, ao mesmo tempo permitindo a identificação de até d blocos modificados.No cenário de localização de assinaturas inválidas em um conjunto de dados assinados individualmente é introduzido o conceito de níveis de agregação de assinatura. Com esse método o verificador pode distinguir os dados válidos dos inválidos, em contraste com a agregação de assinaturas tradicional, na qual até mesmo um único dado modificado invalidaria todo o conjunto de dados. Além disso, o número de assinaturas transmitidas é muito menor que num método de verificação em lotes, que requer o envio de todas as assinaturas individualmente. Nesse cenário é estudada uma aplicação em bancos de dados terceirizados, onde cada tupla armazenada é individualmente assinada. Como resultado de uma consulta ao banco de dados, são retornadas n tuplas e um conjunto de t assinaturas agregadas pelo servidor (com t muito menor que n). Quem realizou a consulta executa até t verificações de assinatura de maneira a verificar a integridade das n tuplas. Mesmo que algumas dessas tuplas sejam inválidas, pode-se identificar exatamente quais são as tuplas válidas. São propostos algoritmos eficientes para agregar, verificar as assinaturas e identificar as tuplas modificadas.Os dois esquemas propostos são baseados em testes combinatórios de grupo e matrizes cover-free. Nesse contexto são apresentadas construções detalhadas de matrizes cover-free presentes na literatura e a aplicação das mesmas nos esquemas propostos. Finalmente, são apresentadas análises de complexidade e resultados experimentais desses esquemas, comprovando a sua eficiência. Abstract : We consider the problem of partially ensuring the integrity and authenticity of signed data. Two scenarios are considered: the first is related to locating modifications in a signed document, and the second is related to locating invalid signatures in a set of individually signed data. In the first scenario we propose a digital signature scheme capable of locating modifications in a document. We divide the document to be signed into n blocks and assume a threshold d for the maximum amount of modified blocks that the signature scheme can locate. We propose efficient algorithms for signature and verification steps which provide a reasonably compact signature size. For instance, for fixed d we increase the size of a traditional signature by adding a factor of O(log n) hashes, while providing the identification of up to d modified blocks. In the scenario of locating invalid signatures in a set of individually signed data we introduce the concept of levels of signature aggregation. With this method the verifier can distinguish the valid data from the invalid ones, in contrast to traditional aggregation, where even a single invalid piece of data would invalidate the whole set. Moreover, the number of signatures transmitted is much smaller than in a batch verification method, which requires sending all the signatures individually. We consider an application in outsourced databases in which every tuple stored is individually signed. As a result from a query in the database, we return n tuples and a set of t signatures aggregated by the database server (with t much smaller than n). The querier performs t signature verifications in order to verify the integrity of all n tuples. Even if some of the tuples were modified, we can identify exactly which ones are valid. We provide efficient algorithms to aggregate, verify and identify the modified tuples. Both schemes are based on nonadaptive combinatorial group testing and cover-free matrices