IBC-身份标识密码技术

1 标识密码技术的发展

      基于身份标识的密码系统（Identity-Based Cryptograph, 简称IBC），是一种非对称的公钥密码体系。标识密码的概念由Shamir于1984年提出，其最主要观点是系统中不需要证书，使用用户的标识如姓名、IP地址、电子邮箱地址、手机号码等作为公钥。用户的私钥由密钥生成中心(Key Generate Center,简称KGC)根据系统主密钥和用户标识计算得出。用户的公钥由用户标识唯一确定，从而用户不需要第三方来保证公钥的真实性。但那时，标识密码的思想停留在理论阶段，并未出现具体的实施方案。

    直到2000年以后，D. Boneh和M. Franklin , 以及R. Sakai、K. Ohgishi 和 M. Kasahara 两个团队独立提出用椭圆曲线配对（parings）构造标识公钥密码，引发了标识密码的新发展。利用椭圆曲线对的双线性性质，在椭圆曲线的循环子群与扩域的乘法循环子群之间建立联系，构成了双线性DH、双线性逆DH、判决双线性逆DH、q-双线性逆DH和q-Gap-双线性逆DH等难题。当椭圆曲线离散对数问题和扩域离散对数问题的求解难度相当时，可用椭圆曲线对构造出安全性和实现效率最优化的标识密码。

    基于身份的标识密码是传统的PKI证书体系的最新发展，国家密码局于2006年组织了国家标识密码体系IBC标准规范的编写和评审工作。2007年12月16日国家IBC标准正式通过评审，给予SM9商密算法型号。

2 标识密码的技术原理

    标识密码系统与传统公钥密码一样，每个用户有一对相关联的公钥和私钥。标识密码系统中，将用户的身份标识如姓名、IP地址、电子邮箱地址、手机号码等作为公钥，通过数学方式生成与之对应的用户私钥。用户标识就是该用户的公钥，不需要额外生成和存储，只需通过某种方式公开发布，私钥则由用户秘密保存。IBC密码体系标准主要表现为IBE加解密算法组、IBS签名算法组、IBKA身份认证协议，下面分别介绍。

2.1 标识密码加解密体制

    标识密码的加解密方案由四部分组成, 即包括系统参数生成(Setup)算法、密钥生成(Extract)算法、加密(Encrypt)算法和解密(Decrypt)算法。步骤描述如下:

Setup：给出一个安全参数k，输出系统参数params和主密钥MasterKey。其中，系统参数params是公开的，而主密钥MasterKey只有密钥生成中心知道。

Extract：利用params, MasterKey和任意的,ID∈{0, 1}*, 返回私钥PrivateKeyID。ID是任意长度的字符串，并作为加密公钥，PrivateKeyID是解密用的私钥。

Encrypt：利用params和公钥ID对明文M进行加密，得出密文C， C=Encrypt(params, M, ID)。

Decrypt：利用params和私钥PrivateKeyID对密文C进行解密，得出明文Decrpyt(params, C, PrivateKeyID)=M。

2.2 标识密码签名验证体制

    标识密码的签名验证方案有很多, 但概括起来基本上由四个算法组成, 即系统参数生成(Setup)算法、密钥生成(Extract)算法、签名(Significant)算法和验证(Verify)算法．其算法描述如下：

Setup和Extract同上一小节标识密码加解密机制中的Setup和Extract。

Significant：输入待签的报文M、系统公开参数和用户私钥PrivateKeyID，生成签名(R, S)，其中R=r·P ，r 为随机数。

Verify：输入签名(R, S)、系统公开参数和用户身份(ID)，输出验证结果。

2.3 标识密码的认证协议

    标识密码算法的身份认证协议步骤如下，以A、B之间的认证为例：

    Step1：A通过计算单元生成一个随机数 R, 通过时钟单元产生一个当前时间戳T, 发送给B；

    Step2：B通过计算单元生成一个随机数r，并计算u=rP，c=H(u, R, T)，S=(r+c)·PrivateKeyID，把u, S发送给A；

    Step3：A通过计算单元验证如下公式是否成立；如果成立则A认证通过，否则A认证未通过。

3 IBC与PKI的对比

3.1 体系对比

    传统的PKI体系与IBC体系都是以公钥密码技术为基础，保证数据的真实性、机密性、完整性和不可抵赖性为安全目的而构成的认证、授权、加密等硬件、软件的综合设施。由于IBC体系将用户唯一性的身份标识作为用户的公钥这一天然优势，使得IBC体系比PKI庞大的证书管理和发布系统更易于应用。下文比较了PKI体系与IBC体系的应用，如表所示。

3.2流程对比

alice给bob转一笔钱。

PKI的流程如下图。

PKI流程

IBC的流程如下图。

IBC流程

3.3对比结论

    由以上分析可见，相比PKI体系，IBC体系的应用优势主要表现在以下几个方面：

   1.无需PKI体系中的数字证书，无需证书颁发机构CA中心，无需证书的发布与查询，使用简单，部署方便，尤其适用于海量用户的安全系统；

    2.无需PKI中证书验证等计算过程，具备较低的计算代价，适用于手机终端；

    3.无需PKI的在线连接CA服务器查询与验证证书状态，具备较低的通信代价；

    4.丰富的策略控制机制，将身份认证与访问控制合二为一。

参考文献

1.身份标识密码技术

2.IBC简介