WO2018207653A1 - 鍵配送システム及び方法、鍵生成装置、代表ユーザ端末、サーバ装置、ユーザ端末並びにプログラム - Google Patents

鍵配送システム及び方法、鍵生成装置、代表ユーザ端末、サーバ装置、ユーザ端末並びにプログラム Download PDF

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麗生 吉田
鉄太郎 小林
祐人 川原
仁 冨士
一樹 米山
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日本電信電話株式会社
国立大学法人茨城大学
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Definitions

  • This invention relates to information security technology.
  • VoIP Voice over Internet Protocol
  • WebRTC Web Real-Time Communication
  • messaging etc. are provided over the Internet, and ensuring the confidentiality of communications and systems based on authentication is important.
  • TLS Transport Layer Security
  • Non-Patent Document 1 for the distribution of keys used in the above services (for example, see Non-Patent Document 1).
  • Non-Patent Document 1 in the join phase in which a key is distributed to a newly added user terminal, not only a newly added user terminal but also a user terminal and a server already participating in the session Calculations were required with the device.
  • An object of the present invention is to provide a key distribution system and method, a representative user terminal, a server device, a user terminal, and a program that do not require calculation between a user terminal and a server device that are already participating in a session during the join phase It is to be.
  • a key distribution system encrypts key information using a predetermined encryption function of CertificateCless Encryption using a public key of the (n + 1) th user terminal and information for identifying the (n + 1) th user terminal in Certificate less Encryption.
  • a representative user terminal that obtains a ciphertext by transmitting the ciphertext to the server device, a server device that transmits the ciphertext to the (n + 1) th user terminal when adding the (n + 1) th user terminal, and a Certificate
  • the n + 1th user terminal that obtains key information by decrypting the ciphertext with a predetermined decryption function of Certificate ⁇ less Encryption using the overall secret key of the (n + 1) th user terminal and information for identifying the (n + 1) th user terminal in less Encryption And.
  • the block diagram which shows the example of a key distribution system.
  • the flowchart which shows the example of the key delivery method.
  • the key distribution system includes, for example, a key generation device 1, a user terminal 2, and a server device 3.
  • the user terminal 2 is made of, for example, the (n + 1) the user terminal 2 n + 1 from the first user terminal 2 1. Any one of the user terminals in the first n user terminal 2 n from the first user terminal 2 1, and has previously been selected as a representative user terminal 2 p.
  • the n + 1 user terminal 2 n + 1 is that from the first user terminal 2 first terminal to be participating in the session that is already configured by the n user terminal 2 n.
  • the key distribution method is realized, for example, by each part of the key distribution system performing each process of step S1 to step S4 shown in FIG.
  • step 1 The processing in step 1 is realized by the following processing from step S11 to step S15, for example.
  • the key generation device 1 performs a process of (Params, msk) ⁇ CLSetup (1 ⁇ ) (step S11). That is, the key generation device 1 generates the public parameter Params and the master secret key msk by a predetermined setup function CLSetup in Certificate less Encryption.
  • ⁇ is a security parameter.
  • the key generation device 1 performs the process of psk n + 1 ⁇ -CLDer (Params, msk, U n + 1 ) (step S12).
  • the key generation device by using the information U n + 1 for identifying a master secret key msk and the n + 1 user terminal 2 n + 1, determined by the public parameter Params, Certificate less predetermined portion secret key generating function in the Encryption CLDer way, the n + 1 to generate the user terminal 2 n + 1 partial private key psk n + 1, is transmitted to the (n + 1) the user terminal 2 n + 1.
  • the ( n + 1 ) th user terminal 2 n + 1 performs the process of sv n + 1 ⁇ SetSV (Params, U n + 1 ) (step S13). That is, the (n + 1) th user terminal 2 n + 1 uses the information U n + 1 for identifying the ( n + 1) th user terminal 2 n + 1 and uses the predetermined secret information generation function SetSV in Certificate less Encryption, which is determined by the public parameter Params. n + 1 to generate the secret information sv n + 1 of the user terminal 2 n + 1.
  • the (n + 1) th user terminal 2 n + 1 performs the process of csk n + 1 ⁇ -SetSK (Params, psk n + 1 , sv n + 1 ) (step S14). That is, the n + 1 user terminal 2 n + 1 is the (n + 1) by using the secret information sv n + 1 of the user terminal 2 n + 1 of the psk n + 1 and the n + 1 user terminal 2 n + 1, determined by the public parameter Params, given the Certificate less Encryption entirety by the secret key generating function SetSK, generates the entire secret key csk n + 1 of the (n + 1) th user terminal 2 n + 1 of the.
  • the ( n + 1 ) th user terminal 2 n + 1 performs the process of cpk n + 1 ⁇ SetPK (Params, sv n + 1 ) (step S15). That is, the n + 1 user terminal 2 n + 1 is the (n + 1) by using the secret information sv n + 1 of the user terminal 2 n + 1, determined by the public parameter Params, a predetermined public key generating function SetPK in Certificate less Encryption, the n + 1 user terminal 2 n + 1 public key cpk n + 1 is generated and transmitted to the representative user terminal 2 p .
  • the representative user terminal 2 p performs the process of CT ⁇ CLEnc (Params, cpk n + 1 , U n + 1 , SK). That is, the key information SK is determined by the public parameter Params using the information U n + 1 for identifying the public key cpk n + 1 of the (n + 1) th user terminal and the (n + 1) th user terminal 2 n + 1 .
  • the ciphertext CT is obtained by encrypting with the encryption function CLEnc, and the obtained ciphertext CT is transmitted to the server device 3 (step S2).
  • the key information SK is key information such as a session key.
  • the key information SK itself may be used as a key, or another key information may be generated based on the key information SK, and the other key information may be used as a key.
  • step S1 and step S2 are performed for each user terminal that may participate in the session. That is, when N is an integer equal to or greater than 2, and there are N user terminals that may participate in the session, each of these N user terminals is defined as the (n + 1) th user terminal 2 n + 1 and the above steps S1 and The process of step S2 is performed.
  • step S1 and step S2 are performed before the so-called join phase process including the following steps S3 and S4.
  • step S3 and step S4 the first n + 1 user terminal 2 n + 1 is added to the session that is already configured by the n user terminal 2 n from the first user terminal 2 1.
  • the server device 3 transmits the ciphertext CT to the ( n + 1) th user terminal 2 n + 1 when adding the ( n + 1) th user terminal 2 n + 1 to the session of the predetermined service (step S3).
  • This ciphertext is a ciphertext CT corresponding to the ( n + 1) th user terminal 2 n + 1 generated in the process of step S2.
  • the (n + 1) th user terminal 2 n + 1 performs the process of SK ⁇ CLDec (Params, csk n + 1 , CT) (step S4). That is, the (n + 1) th user terminal 2 n + 1 decrypts the ciphertext CT with the predetermined decryption function CLDec of Certificate less Encryption, which is determined by the public parameter Params, using the overall secret key csk n + 1 of the ( n + 1) th user terminal 2 n + 1. As a result, key information SK is obtained.
  • the ciphertext relating to the key information is calculated in advance and stored in the server device 2 in advance, and the ciphertext is added to the (n + 1) th user terminal 2 n + 1 to be added in the join phase.
  • the key information is passed, it is possible to pass the key information to the ( n + 1) th user terminal 2 n + 1 to be added without reducing the security.
  • the above key distribution system for example, (1) Key distribution for VoIP calls used for two-point calls and conference calls, (2) Substitutes for DTLS in WebRTC, and Web conferences and web phones for browsers and smartphones It can be used for key distribution for encrypted communication and (3) key distribution for sharing a decryption key of a messaging application.
  • the program describing the processing contents can be recorded on a computer-readable recording medium.
  • a computer-readable recording medium for example, any recording medium such as a magnetic recording device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, and a semiconductor memory may be used.
  • each unit may be configured by executing a predetermined program on a computer, or at least a part of these processing may be realized by hardware.
  • the key generation device 1 and the server device 3 are described as different devices, but the key generation device 1 and the server device 3 may be the same device.
  • the key generation device 1 may be included in the server device 3.
  • Certificate less Encryption is used to pass the key information SK to U n + 1 that is a join user via the server device 3.
  • the server device 3 passes the entire secret key as KGC. If it is assumed that the server device 3 is semi-onest, Certificate less Encryption does not know the information related to any key information from the security of definition 2 to the server device. Also, from definition 1, an attacker who can replace the public key cannot obtain any information regarding the key information.

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Abstract

鍵生成システムは、第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１の公開鍵及び第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１を識別するための情報を用いて鍵情報をCertificate less Encryptionの所定の暗号化関数により暗号化することにより暗号文を得る代表ユーザ端末２ｐと、第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１を追加するときに第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１に暗号文を送信するサーバ装置３と、第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１の全体秘密鍵及び第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１を識別するための情報を用いて、暗号文を所定の復号関数で復号することにより鍵情報を得る第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１と、を備えている。

Description

鍵配送システム及び方法、鍵生成装置、代表ユーザ端末、サーバ装置、ユーザ端末並びにプログラム
　この発明は、情報セキュリティ技術に関する。
　VoIP(Voice over Internet Protocol)、WebRTC(Web Real-Time Communication)、メッセージング等のアプリケーションがインターネットを通じて提供されており、認証に基づく通信やシステムの機密性確保が重要となっている。
　多くのユーザがインターネットを通じて上記のアプリケーションによるサービスを利用するため、多人数で通信やシステムを利用できることが重要であり、一般にTLS(Transport Layer Security)が用いられている。
　また、従来は、上記のサービスで用いられる鍵の配送に例えば非特許文献１の技術を用いることが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
Kazuki Yoneyama, Reo Yoshida, Yuto Kawahara, Tetsutaro Kobayashi, Hitoshi Fuji, Tomohide Yamamoto, "Multi-cast Key Distribution: Scalable, Dynamic and Provably Secure Construction", International Conference on Provable Security ProvSec 2016: Provable Security pp 207-226
　上記の非特許文献１の技術では、新たに追加されるユーザ端末に鍵を配送するjoinフェーズの際に、新たに追加されるユーザ端末のみならず、既にセッションに参加しているユーザ端末とサーバ装置との間で計算が必要であった。
　この発明の目的は、joinフェーズの際に既にセッションに参加しているユーザ端末とサーバ装置との間で計算が不要な鍵配送システム及び方法、代表ユーザ端末、サーバ装置、ユーザ端末並びにプログラムを提供することである。
　この発明の一態様による鍵配送システムは、Certificate less Encryptionにおける第ｎ＋１ユーザ端末の公開鍵及び第ｎ＋１ユーザ端末を識別するための情報を用いて鍵情報をCertificate less Encryptionの所定の暗号化関数により暗号化することにより暗号文を得て、得られた暗号文をサーバ装置に送信する代表ユーザ端末と、第ｎ＋１ユーザ端末を追加するときに第ｎ＋１ユーザ端末に暗号文を送信するサーバ装置と、Certificate less Encryptionにおける第ｎ＋１ユーザ端末の全体秘密鍵及び第ｎ＋１ユーザ端末を識別するための情報を用いて、暗号文をCertificate less Encryptionの所定の復号関数で復号することにより鍵情報を得る第ｎ＋１ユーザ端末と、を備えている。
　joinフェーズの際に既にセッションに参加しているユーザ端末とサーバ装置との間で計算が不要となる。
鍵配送システムの例を示すブロック図。 鍵配送方法の例を示す流れ図。
　以下、図面を参照して、この発明の一実施形態について説明する。
　図１に示すように、鍵配送システムは、鍵生成装置１と、ユーザ端末２と、サーバ装置３とを例えば備えている。
　ユーザ端末２は、第１ユーザ端末２１から第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１により例えば構成されている。第１ユーザ端末２１から第ｎユーザ端末２ｎの中の何れか１個のユーザ端末が、代表ユーザ端末２ｐとして予め選択されているとする。第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１は、第１ユーザ端末２１から第ｎユーザ端末２ｎにより既に構成されているセッションに参加しようとする端末のことである。
　鍵配送方法は、鍵配送システムの各部が、図２及び以下に示すステップＳ１からステップＳ４の各処理を行うことにより例えば実現される。
　ステップ１の処理は、以下のステップＳ１１からステップＳ１５の処理により例えば実現される。
　まず、鍵生成装置１は、(Params,msk)←CLSetup(1κ)の処理を行う（ステップＳ１１）。すなわち、鍵生成装置１は、Certificate less Encryptionにおける所定のセットアップ関数CLSetupにより、公開パラメータParams及びマスターシークレットキーmskを生成する。κは、セキュリティパラメータである。
　鍵生成装置１は、pskn+1←CLDer(Params,msk,Un+1)の処理を行う（ステップＳ１２）。すなわち、鍵生成装置１は、マスターシークレットキーmsk及び第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１を識別するための情報Un+1を用いて、公開パラメータParamsにより定まる、Certificate less Encryptionにおける所定の部分秘密鍵生成関数CLDerにより、第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１の部分秘密鍵pskn+1を生成し、第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１に送信する。
　第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１は、svn+1←SetSV(Params,Un+1)の処理を行う（ステップＳ１３）。すなわち、第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１は、第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１を識別するための情報Un+1を用いて、公開パラメータParamsにより定まる、Certificate less Encryptionにおける所定の秘密情報生成関数SetSVにより、第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１の秘密情報svn+1を生成する。
　第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１は、cskn+1←SetSK(Params,pskn+1,svn+1)の処理を行う（ステップＳ１４）。すなわち、第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１は、第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１のpskn+1及び第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１の秘密情報svn+1を用いて、公開パラメータParamsにより定まる、Certificate less Encryptionにおける所定の全体秘密鍵生成関数SetSKにより、第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１の全体秘密鍵cskn+1を生成する。
　第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１は、cpkn+1←SetPK(Params,svn+1)の処理を行う（ステップＳ１５）。すなわち、第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１は、第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１の秘密情報svn+1を用いて、公開パラメータParamsにより定まる、Certificate less Encryptionにおける所定の公開鍵生成関数SetPKにより、第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１の公開鍵cpkn+1を生成し、代表ユーザ端末２ｐに送信する。
　代表ユーザ端末２ｐは、CT←CLEnc(Params,cpkn+1,Un+1,SK)の処理を行う。すなわち、第ｎ＋１ユーザ端末の公開鍵cpkn+1及び第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１を識別するための情報Un+1を用いて鍵情報SKを、公開パラメータParamsにより定まる、Certificate less Encryptionの所定の暗号化関数CLEncにより暗号化することにより暗号文CTを得て、得られた暗号文CTをサーバ装置３に送信する（ステップＳ２）。
　鍵情報SKは、セッション鍵等の鍵情報である。鍵情報SK自体が鍵として用いられてもよいし、鍵情報SKに基づいて別の鍵情報が生成され、その別の鍵情報が鍵として用いられてもよい。
　ステップＳ１及びステップＳ２の処理は、セッションに参加する可能性がある各ユーザ端末について行われる。すなわち、Nを２以上の整数として、セッションに参加する可能性があるユーザ端末がN台ある場合には、これらのN台のユーザ端末のそれぞれを第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１として上記のステップＳ１及びステップＳ２の処理が行われる。
　また、ステップＳ１及びステップＳ２の処理は、以下のステップＳ３及びステップＳ４から構成されるいわゆるjoinフェーズの処理の前に行われるとする。以下のステップＳ３及びステップＳ４では、第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１が、第１ユーザ端末２１から第ｎユーザ端末２ｎにより既に構成されているセッションに追加されるとする。
　サーバ装置３は、所定のサービスのセッションに第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１を追加するときに第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１に暗号文CTを送信する（ステップＳ３）。この暗号文は、ステップＳ２の処理で生成された、第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１に対応する暗号文CTである。
　第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１は、SK←CLDec(Params,cskn+1,CT)の処理を行う（ステップＳ４）。すなわち、第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１は、第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１の全体秘密鍵cskn+1を用いて、暗号文CTを、公開パラメータParamsにより定まる、Certificate less Encryptionの所定の復号関数CLDecで復号することにより鍵情報SKを得る。
　このように、Certificate less Encryptionを用いて、鍵情報に関する暗号文を事前に計算しサーバ装置２に予め預けておき、joinフェーズの際に、追加される第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１にその暗号文を渡すことで、安全性を落とすことなく、追加される第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１に鍵情報を渡すことができる。
　また、その際、joinフェーズの際に既にセッションに参加しているユーザ端末とサーバ装置との間で計算が不要となる。このため、高速なセッション参加が可能となる。
　上記の鍵配送システムは、例えば、(1)２地点通話や電話会議に用いられるVoIP通話の鍵配送、(2)WebRTCの中のDTLSを代替し、ブラウザやスマートフォンでのWeb会議やWeb電話の暗号化通信の鍵配送、(3)メッセージングアプリの復号鍵の共有のための鍵配送に用いることができる。
　［プログラム及び記録媒体］
　例えば、鍵生成装置１、代表ユーザ端末２ｐ、第ｎ＋１ユーザ端末２ｎ＋１及びサーバ装置３の各部における処理をコンピュータによって実現する場合、これらの端末及び装置の各部が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、その各部の処理がコンピュータ上で実現される。
　この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。
　また、各部の処理は、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより構成することにしてもよいし、これらの処理の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。
　［変形例］
　上記の実施形態では、鍵生成装置１及びサーバ装置３が互いに異なる装置として記述されているが、鍵生成装置１及びサーバ装置３は同じ装置であってもよい。例えば、サーバ装置３に鍵生成装置１が含まれていてもよい。
　その他、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
　［安全性］
　Certificate less Encryptionの安全性の定義は次の２つのケースに分離できる。定義１：攻撃者は、公開鍵を置き換え可能だが、全体秘密鍵を入手することができない。定義２：攻撃者、全体秘密鍵を入手することができるが、公開鍵を置き換えることができない。定義２は、KGC（Key Generation Center、上記実施形態では鍵生成装置１）が悪意のあるモデルになる。
　上記の実施形態では、Certificate less Encryptionは、鍵情報SKを、joinユーザであるＵｎ＋１に、サーバ装置３を経由して、渡すために用いられている。サーバ装置３は、全体秘密鍵をKGCとして渡している。もし、サーバ装置３がセミオネストであると仮定するなら、Certificate less Encryptionは定義２の安全性からサーバ装置へは、いかなる鍵情報に関連する情報もわからない。また、定義１から、公開鍵を置き換えることのできる攻撃者は、鍵情報に関するいかなる情報も入手することができない。

Claims (6)

  1. 　Certificate less Encryptionにおける第ｎ＋１ユーザ端末の公開鍵及び第ｎ＋１ユーザ端末を識別するための情報を用いて鍵情報をCertificate less Encryptionの所定の暗号化関数により暗号化することにより暗号文を得て、得られた暗号文をサーバ装置に送信する上記代表ユーザ端末と、
    　上記第ｎ＋１ユーザ端末を追加するときに上記第ｎ＋１ユーザ端末に上記暗号文を送信するサーバ装置と、
    　Certificate less Encryptionにおける第ｎ＋１ユーザ端末の全体秘密鍵及び上記第ｎ＋１ユーザ端末を識別するための情報を用いて、上記暗号文をCertificate less Encryptionの所定の復号関数で復号することにより鍵情報を得る上記第ｎ＋１ユーザ端末と、
    　を含む鍵配送システム。
  2. 　請求項１の鍵配送システムの代表ユーザ端末。
  3. 　請求項１の鍵配送システムのサーバ装置。
  4. 　請求項１の鍵配送システムの第ｎ＋１ユーザ端末であるユーザ端末。
  5. 　上記代表ユーザ端末が、Certificate less Encryptionにおける第ｎ＋１ユーザ端末の公開鍵及び第ｎ＋１ユーザ端末を識別するための情報を用いて鍵情報をCertificate less Encryptionの所定の暗号化関数により暗号化することにより暗号文を得て、得られた暗号文をサーバ装置に送信するステップと、
    　サーバ装置が、上記第ｎ＋１ユーザ端末を追加するときに上記第ｎ＋１ユーザ端末に上記暗号文を送信するステップと、
    　第ｎ＋１ユーザ端末が、Certificate less Encryptionにおける第ｎ＋１ユーザ端末の全体秘密鍵及び上記第ｎ＋１ユーザ端末を識別するための情報を用いて、上記暗号文をCertificate less Encryptionの所定の復号関数で復号することにより鍵情報を得るステップと、
    　を含む鍵配送方法。
  6. 　請求項２の代表ユーザ端末、請求項３のサーバ装置又は請求項４のユーザ端末の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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