title: Secure Session Framework: An Identity-based Cryptographic Key Agreement and Signature Protocol
Creators: name: Schridde, Christian
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2010
Subjects: Data processing, Computer science
Informatik
Signatures
Kryptologie
Kryptanalysis
identity-based Cryptography
Identitätsbasierte Kryptographie
Signaturen
Schlüsseleinigung
Key Agreement

description: Cryptographic protocols are used to encrypt data during their transmission over a network or to store it on a data carrier. This thesis is about the method of identity-based encryption. In this form of encryption, the name or identity of the target subject is used to encrypt the data. This property makes it a perfect tool for modern electronic communication, because all involved identities and endpoint addresses (e.g. IP addresses) have to be unique worldwide and must be known in order to establish a communication. The identity-based key agreement protocol that has been invented in this thesis has several advantages compared to existing schemes. One important property is its complete independence of key generators. This independence allows each participating security domain to set up and maintain its own key generator. They are not forced to agree on a common setup or a common secret anymore. Due to the properties of the protocol, the security domains are still compatible to each other. Users from one security domain can communicate with users from another security domain using encryption. This new property of independence is also carried over to a signature protocol. It allows users from different security domains to sign a certain object. Additionally, the act of signing is independent and the signers do not need to communicate with each other.     Apart from the protocol and its security proofs with respect to standard definitions from the literature, the thesis contains an analysis of existing schemes. Attacks on known protocols and assumptions are presented, and it is shown under which circumstances these become insecure. On the one hand, a completely new approach that is based on defined or rather undefined objects in discrete structures is used. On the other hand, the method of lattice based reduction is successfully applied to the new area of secret sharing schemes.    Finally, application scenarios for the protocol are presented. These scenarios are chosen such that the advantages of the protocol become apparent.    Cryptographic protocols are used to encrypt data during their transmission over a network or to store it on a data carrier. This thesis is about the method of identity-based encryption. In this form of encryption, the name or identity of the target subject is used to encrypt the data. This property makes it a perfect tool for modern electronic communication, because all involved identities and endpoint addresses (e.g. IP addresses) have to be unique worldwide and must be known in order to establish a communication. The identity-based key agreement protocol that has been invented in this thesis has several advantages compared to existing schemes. One important property is its complete independence of key generators. This independence allows each participating security domain to set up and maintain its own key generator. They are not forced to agree on a common setup or a common secret anymore. Due to the properties of the protocol, the security domains are still compatible to each other. Users from one security domain can communicate with users from another security domain using encryption. This new property of independence is also carried over to a signature protocol. It allows users from different security domains to sign a certain object. Additionally, the act of signing is independent and the signers do not need to communicate with each other.  Apart from the protocol and its security proofs with respect to standard definitions from the literature, the thesis contains an analysis of existing schemes. Attacks on known protocols and assumptions are presented, and it is shown under which circumstances these become insecure. On the one hand, a completely new approach that is based on defined or rather undefined objects in discrete structures is used. On the other hand, the method of lattice based reduction is successfully applied to the new area of secret sharing schemes. Finally, application scenarios for the protocol are presented. These scenarios are chosen such that the advantages of the protocol become apparent. The first application is telephony, GSM as well as Voice over IP (VoIP). In this case, the telephone number of the callee is used as the encryption key. Implementations on a modern mobile phone as well as within existing Voice over IP software are presented. The second application is IP networks. Here, the IP address of a communication unit is used as the encryption key. However, in this case, there are more problems than in the GSM/VoIP case, e.g., dynamic IP addresses or network address translation (NAT) where an IP address is substituted by another one. These are only two problems out of several for which solutions are presented.
description: Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Methode der identitätsbasierten Verschlüsselung. Hierbei wird der Name oder die Identität eines Zielobjekts zum Verschlüsseln der Daten verwendet. Diese Eigenschaft macht diese Methode zu einem passenden Werkzeug für die moderne elektronische Kommunikation, da die dort verwendeten Identitäten oder Endpunktadressen weltweit eindeutig sein müssen. Das in der Arbeit entwickelte identitätsbasierte Schlüsseleinigungsprotokoll bietet Vorteile gegenüber existierenden Verfahren und eröffnet neue Möglichkeiten. Eines der Hauptmerkmale ist die komplette Unabhängigkeit der Schlüsselgeneratoren. Diese Unabhängigkeit ermöglicht es, dass verschiedene Sicherheitsdomänen ihr eigenes System aufsetzen können. Sie sind nicht mehr gezwungen, sich untereinander abzusprechen oder Geheimnisse auszutauschen. Auf Grund der Eigenschaften des Protokolls sind die Systeme trotzdem untereinander kompatibel. Dies bedeutet, dass Anwender einer Sicherheitsdomäne ohne weiteren Aufwand verschlüsselt mit Anwendern einer anderen Sicherheitsdomäne kommunizieren können. Die Unabhängigkeit wurde ebenfalls auf ein Signatur-Protokoll übertragen. Es ermöglicht, dass Benutzer verschiedener Sicherheitsdomänen ein Objekt signieren können, wobei auch der Vorgang des Signierens unabhängig sein kann. Neben dem Protokoll wurde in der Arbeit auch die Analyse von bestehenden Systemen durchgeführt. Es wurden Angriffe auf etablierte Protokolle und Vermutungen gefunden, die aufzeigen, ob oder in welchen Situationen diese nicht verwendet werden sollten. Dabei wurde zum einen eine komplett neue Herangehensweise gefunden, die auf der (Un-)Definiertheit von bestimmten Objekten in diskreten Räumen basiert. Zum anderen wurde die bekannte Analysemethode der Gitterreduktion benutzt und erfolgreich auf neue Bereiche übertragen. Schlussendlich werden in der Arbeit Anwendungsszenarien für das Protokoll vorgestellt, in denen dessen Vorteile besonders relevant sind. Das erste Szenario bezieht sich auf Telefonie, wobei die Telefonnummer einer Zielperson als Schlüssel verwendet. Sowohl GSM-Telefonie als auch VoIP-Telefonie werden in der Arbeit untersucht. Dafür wurden Implementierungen auf einem aktuellen Mobiltelefon durchgeführt und bestehende VoIP-Software erweitert. Das zweite Anwendungsbeispielsind IP-Netzwerke. Auch die Benutzung der IP-Adresse eines Rechners als Schlüssel ist ein gutes Beispiel, jedoch treten hier mehr Schwierigkeiten auf als bei der Telefonie. Es gibt beispielsweise dynamische IP-Adressen oder die Methode der textit{Network Address Translation}, bei der die IP-Adresse ersetzt wird. Diese und weitere Probleme wurden identifiziert und jeweils Lösungen erarbeitet.