Kryptografická ochrana digitální identity
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Dizertační práce se zabývá kryptografickými schématy zvyšující ochranu soukromí uživatelů v systémech řízení přístupu a sběru dat. V současnosti jsou systémy fyzického řízení přístupu na bázi čipových karet využívány téměř dennodenně většinou z nás, například v zaměstnání, ve veřejné dopravě a v hotelech. Tyto systémy však stále neposkytují dostatečnou kryptografickou ochranu a tedy bezpečnost. Uživatelské identifikátory a klíče lze snadno odposlechnout a padělat. Funkce, které by zajišťovaly ochranu soukromí uživatele, téměř vždy chybí. Proto je zde reálné riziko možného sledovaní lidí, jejich pohybu a chovaní. Poskytovatelé služeb nebo případní útočníci, kteří odposlouchávají komunikaci, mohou vytvářet profily uživatelů, ví, co dělají, kde se pohybují a o co se zajímají. Za účelem zlepšení tohoto stavu jsme navrhli čtyři nová kryptografická schémata založená na efektivních důkazech s nulovou znalostí a kryptografii eliptických křivek. Konkrétně dizertační práce prezentuje tři nová autentizační schémata pro využití v systémech řízení přístupu a jedno nové schéma pro využití v systémech sběru dat. První schéma využívá distribuovaný autentizační přístup vyžadující spolupráci více RFID prvků v autentizačním procesu. Tato vlastnost je výhodná zvláště v případech řízení přístupu do nebezpečných prostor, kdy pro povolení přístupu uživatele je nezbytné, aby byl uživatel vybaven ochrannými pomůckami (se zabudovanými RFID prvky). Další dvě schémata jsou založena na atributovém způsobu ověření, tj. schémata umožňují anonymně prokázat vlastnictví atributů uživatele, jako je věk, občanství a pohlaví. Zatím co jedno schéma implementuje efektivní revokační a identifikační mechanismy, druhé schéma poskytuje nejrychlejší verifikaci držení uživatelských atributů ze všech současných řešení. Poslední, čtvrté schéma reprezentuje schéma krátkého skupinového podpisu pro scénář sběru dat. Schémata sběru dat se používají pro bezpečný a spolehlivý přenos dat ze vzdálených uzlů do řídící jednotky. S rostoucím významem chytrých měřičů v energetice, inteligentních zařízení v domácnostech a rozličných senzorových sítí, se potřeba bezpečných systémů sběru dat stává velmi naléhavou. Tato schémata musí podporovat nejen standardní bezpečnostní funkce, jako je důvěrnost a autentičnost přenášených dat, ale také funkce nové, jako je silná ochrana soukromí a identity uživatele či identifikace škodlivých uživatelů. Navržená schémata jsou prokazatelně bezpečná a nabízí celou řadu funkcí rozšiřující ochranu soukromí a identity uživatele, jmenovitě se pak jedná o zajištění anonymity, nesledovatelnosti a nespojitelnosti jednotlivých relací uživatele. Kromě úplné kryptografické specifikace a bezpečnostní analýzy navržených schémat, obsahuje tato práce také výsledky měření implementací jednotlivých schémat na v současnosti nejpoužívanějších zařízeních v oblasti řízení přístupu a sběru dat.
The doctoral thesis deals with privacy-preserving cryptographic schemes in access control and data collection areas. Currently, card-based physical access control systems are used by most people on a daily basis, for example, at work, in public transportation and at hotels. However, these systems have often very poor cryptographic protection. For instance, user identifiers and keys can be easily eavesdropped and counterfeited. Furthermore, privacy-preserving features are almost missing and, therefore, user’s movement and behavior can by easily tracked. Service providers (and even eavesdroppers) can profile users, know what they do, where they go, and what they are interested in. In order to improve this state, we propose four novel cryptographic schemes based on efficient zero-knowledge proofs and elliptic curve cryptography. In particular, the thesis presents three novel privacy-friendly authentication schemes for access control and one for data collection application scenarios. The first scheme supports distributed multi-device authentication with multiple Radio-Frequency IDentification (RFID) user’s devices. This feature is particularly important in applications for controlling access to dangerous areas where the presence of protective equipment is checked during each access control session. The other two presented schemes use attribute-based approach to protect user’s privacy, i.e. these schemes allow users to anonymously prove the ownership of their attributes, such as age, citizenship, and gender. While one of our scheme brings efficient revocation and identification mechanisms, the other one provides the fastest authentication phase among the current state of the art solutions. The last (fourth) proposed scheme is a novel short group signature scheme for data collection scenarios. Data collection schemes are used for secure and reliable data transfer from multiple remote nodes to a central unit. With the increasing importance of smart meters in energy distribution, smart house installations and various sensor networks, the need for secure data collection schemes becomes very urgent. Such schemes must provide standard security features, such as confidentiality and authenticity of transferred data, as well as novel features, such as strong protection of user’s privacy and identification of malicious users. The proposed schemes are provably secure and provide the full set of privacy-enhancing features, namely anonymity, untraceability and unlinkability of users. Besides the full cryptographic specification and security analysis, we also show the results of our implementations on devices commonly used in access control and data collection applications.
The doctoral thesis deals with privacy-preserving cryptographic schemes in access control and data collection areas. Currently, card-based physical access control systems are used by most people on a daily basis, for example, at work, in public transportation and at hotels. However, these systems have often very poor cryptographic protection. For instance, user identifiers and keys can be easily eavesdropped and counterfeited. Furthermore, privacy-preserving features are almost missing and, therefore, user’s movement and behavior can by easily tracked. Service providers (and even eavesdroppers) can profile users, know what they do, where they go, and what they are interested in. In order to improve this state, we propose four novel cryptographic schemes based on efficient zero-knowledge proofs and elliptic curve cryptography. In particular, the thesis presents three novel privacy-friendly authentication schemes for access control and one for data collection application scenarios. The first scheme supports distributed multi-device authentication with multiple Radio-Frequency IDentification (RFID) user’s devices. This feature is particularly important in applications for controlling access to dangerous areas where the presence of protective equipment is checked during each access control session. The other two presented schemes use attribute-based approach to protect user’s privacy, i.e. these schemes allow users to anonymously prove the ownership of their attributes, such as age, citizenship, and gender. While one of our scheme brings efficient revocation and identification mechanisms, the other one provides the fastest authentication phase among the current state of the art solutions. The last (fourth) proposed scheme is a novel short group signature scheme for data collection scenarios. Data collection schemes are used for secure and reliable data transfer from multiple remote nodes to a central unit. With the increasing importance of smart meters in energy distribution, smart house installations and various sensor networks, the need for secure data collection schemes becomes very urgent. Such schemes must provide standard security features, such as confidentiality and authenticity of transferred data, as well as novel features, such as strong protection of user’s privacy and identification of malicious users. The proposed schemes are provably secure and provide the full set of privacy-enhancing features, namely anonymity, untraceability and unlinkability of users. Besides the full cryptographic specification and security analysis, we also show the results of our implementations on devices commonly used in access control and data collection applications.
Description
Keywords
Kryptografie, Soukromí, Skupinové Podpisy, Atributová Pověření, Anonymita, Čipové Karty, Autentizace, Eliptické Křivky, Bilineární Párování, Omezená Zařízení, Cryptography, Privacy, Group Signatures, Attribute-Based Credentials, Anonymity, Smart Cards, Authentication, Elliptic Curves, Bilinear Pairing, Constrained Devices
Citation
DZURENDA, P. Kryptografická ochrana digitální identity [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2019.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Teleinformatika
Comittee
prof. Ing. Zdeněk Smékal, CSc. (předseda)
prof. Ing. Boris Šimák, CSc. (člen)
doc. Ing. Václav Zeman, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jiří Sýkora, CSc. (člen)
doc. Ing. Lukáš Malina, Ph.D. (člen)
RNDr. Petr Švenda, Ph.D. - oponent (člen)
Assoc. Prof. Jordi Castell-Roca - oponent (člen)
Date of acceptance
2019-10-02
Defence
Doktorand je již zkušeným řešitelem řady zahraničních i národních projektů, jeho disertační práce byla dostatečně publikována na zahraniční úrovni. oba posudky oponentů jsou kladné. Vědecký výzkum doktoranda je velmi kvalitní.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení