一個(gè)原本有望成為國(guó)際密碼學(xué)研究新技術(shù)的GGH密碼映射方案，最近被西安電子科技大學(xué)胡予濮教授攻破，對(duì)GGH映射本身以及基于GGH映射的各類高級(jí)密碼應(yīng)用進(jìn)行了顛覆性的否定。胡予濮教授的相關(guān)研究成果已經(jīng)被2016年歐洲密碼年會(huì)正式接收。5月8日，胡予濮將赴奧地利維也納，在歐密會(huì)上正式向全世界的密碼同行報(bào)告這一突破性成果。
世界密碼學(xué)者試圖解決的一個(gè)公開(kāi)問(wèn)題
“用最通俗的話來(lái)說(shuō)，GGH密碼是和人們的通信安全有關(guān)?！蔽靼搽娮涌萍即髮W(xué)綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)理論及關(guān)鍵技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的胡予濮教授表示，1976年以前，人們?cè)谕ㄐ蓬I(lǐng)域的觀念是“不事先進(jìn)行秘密共享是無(wú)法進(jìn)行保密通信”。1976年，斯坦福大學(xué)的密碼學(xué)家惠特菲爾德·迪菲和馬丁·赫爾曼首次提出公鑰密碼體制的思想，給出非交互密鑰協(xié)商的概念。胡予濮介紹，“提出這個(gè)概念后，顛覆了人們傳統(tǒng)的觀念，使得用戶可以在一個(gè)完全開(kāi)放的信道上進(jìn)行秘密共享，實(shí)現(xiàn)保密通信。這一思想上的突破，成為了現(xiàn)今密鑰交換系統(tǒng)的基礎(chǔ)，被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)通信?！?/p>
“舉個(gè)通俗的例子，假設(shè)有A和B兩人在異地，A想告訴B一個(gè)秘密，但不想讓其他人知道，若直接寫信的話，可能會(huì)被快遞員偷看，現(xiàn)在他把秘密放進(jìn)一個(gè)帶鎖的盒子里，B收到盒子后再用鑰匙打開(kāi)，但前提是B和A要事先擁有共同的鑰匙。而‘事先擁有共同的鑰匙’其實(shí)就是密鑰協(xié)商?！焙桢Ы淌诘牟┦垦芯可Z惠文說(shuō)。
“迪菲與赫爾曼實(shí)現(xiàn)了無(wú)需交互就可以在公開(kāi)信道上共享密鑰，但僅限于兩方。如何將這一機(jī)制擴(kuò)展至三方乃至多方，一直是現(xiàn)代密碼學(xué)沒(méi)有解決的公開(kāi)問(wèn)題。在接下來(lái)的幾十年中，全世界密碼學(xué)者們都在試圖解決這個(gè)公開(kāi)問(wèn)題，然而研究始終未能取得突破性進(jìn)展。”胡予濮表示，2013年的歐密會(huì)上，時(shí)為加州大學(xué)洛杉磯分校的博士生薩吉·杰瑞格以及IBM研究員克雷格·金特里和塞·哈勒維，共同提交了一篇論文《基于理想格的候選多線性映射方案》。該論文提出一個(gè)分級(jí)編碼系統(tǒng)概念，并以此在理想格上實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)多線性映射方案（GGH映射，取名于三位作者姓名Garg、Gentry和Halevi的首字母），進(jìn)而解決了現(xiàn)代密碼學(xué)遺留的這個(gè)公開(kāi)問(wèn)題，這篇論文也因此獲得當(dāng)年歐密會(huì)的最佳論文獎(jiǎng)。
“GGH多線性映射方案，對(duì)密碼學(xué)界產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，迅速在國(guó)際密碼學(xué)界引發(fā)了多線性研究的熱潮?！焙桢Ы榻B，這幾個(gè)人因?yàn)檫@個(gè)里程碑式的密碼映射方案，不僅為密碼學(xué)界遺留下來(lái)的公開(kāi)問(wèn)題找到了答案，也促使了其他近似多線性映射方案的構(gòu)造，并有望在未來(lái)廣泛應(yīng)用于證據(jù)加密、廣播加密、屬性加密、功能加密、聚合簽名等多種場(chǎng)合，從而將現(xiàn)代密碼學(xué)大大地向前推進(jìn)一步。但由于多線性映射的特殊性，杰瑞格等人無(wú)法直接證明GGH密碼方案是安全可行的，所以他們?cè)谡撐闹胁扇「F舉攻擊的辦法，嘗試了所有現(xiàn)存的以及他們自己提出的攻擊方法，來(lái)間接表明該方案是安全的。胡予濮說(shuō)，“2014年5月底，我在日本九州大學(xué)進(jìn)行學(xué)術(shù)訪問(wèn)時(shí)，無(wú)意間了解到了這個(gè)信息，覺(jué)得很有意義，就嘗試著要對(duì)它進(jìn)行密碼分析，也就是破解。”
沉浸“密碼世界”挑戰(zhàn)國(guó)際頂尖研究
“粗看上去，杰瑞格等人提出的GGH密碼映射方案到處都是漏洞，但你就是無(wú)論如何也攻破不了它?！焙桢Щ貞浰醮谓佑|GGH時(shí)說(shuō)，“GGH提出者均是當(dāng)今國(guó)際上頂尖的密碼研究者，他們的方案十分完整，已經(jīng)列舉了各種能夠想到的攻擊方法，并都進(jìn)行了嘗試?！?/p>
從2014年5月底到2015年2月中旬，胡予濮的腦海里全是GGH密碼方案，他完全沉醉在格公鑰密碼、數(shù)論、概率統(tǒng)計(jì)等學(xué)科的世界里。
“在攻破GGH密碼方案的過(guò)程中，最具有紀(jì)念意義的一天是2015年3月7日。”胡予濮表示，“我一晚上都沒(méi)睡覺(jué)，突然覺(jué)得GGH的結(jié)構(gòu)有些不對(duì)，半夜起來(lái)開(kāi)始驗(yàn)算。到了第二天早上還是覺(jué)得不對(duì)，又躺在床上稍微休息了一會(huì)兒，希望等腦子清醒了繼續(xù)推算。到了中午時(shí)候，我再一步一步進(jìn)行驗(yàn)證，第一次發(fā)現(xiàn)了GGH的漏洞確實(shí)是存在的！”胡予濮激動(dòng)地說(shuō)，即便經(jīng)過(guò)多次推導(dǎo)，已經(jīng)驗(yàn)證了GGH存在漏洞，但自己還是沒(méi)有輕易下結(jié)論說(shuō)攻破了這一方案。他將演算思路告訴自己的博士生賈惠文，要求他對(duì)該過(guò)程進(jìn)行反復(fù)推導(dǎo)和驗(yàn)證。最終，他們得出一致結(jié)論，攻擊過(guò)程正確無(wú)誤。
“在此前的大半年時(shí)間里，胡老師和我到處碰壁、毫無(wú)成果，各種攻擊方法嘗試了50多種。有一次，我們甚至都已經(jīng)將文章投遞出去了，但大半夜胡老師發(fā)現(xiàn)推導(dǎo)過(guò)程有漏洞，讓我趕緊撤稿。”賈惠文表示。
2015年3月15日，為了確認(rèn)已經(jīng)攻破了GGH密碼方案，胡予濮將描述攻擊過(guò)程的手稿發(fā)給了該方案的三位原作者?！霸摲桨傅牡谌髡呷?middot;哈勒維代表三人回函稱：‘感謝您發(fā)送的手稿，您描述的攻擊方式，似乎的確打破了我們?cè)贕GH一文中提到的多方密鑰協(xié)商機(jī)制。’”胡予濮告訴記者，找到了GGH的漏洞，原作者也承認(rèn)了他提出的攻擊是有效的，但密碼學(xué)領(lǐng)域的這場(chǎng)智力較量卻剛剛開(kāi)始。后來(lái)，胡予濮和賈惠文將進(jìn)一步的研究成果發(fā)給GGH相關(guān)論文的作者，對(duì)方一片沉默。
利用“組合拳”破解“高人”研究成果
“我們的研究成果，一是攻破了GGH映射的安全性假設(shè)，二是攻破了基于GGH映射的非交互多方密鑰交換協(xié)議，三是攻破了基于GGH映射的第一個(gè)證據(jù)加密方案（無(wú)論編碼工具公開(kāi)還是隱藏），四是給出GGH映射的兩個(gè)修改方案并對(duì)它們進(jìn)行有效攻擊?？梢哉f(shuō)，這是一套組合拳，是對(duì)GGH密碼映射方案一次釜底抽薪式的攻擊?！焙桢П硎?。
密碼學(xué)和信息安全有什么關(guān)系？密碼技術(shù)是信息安全的核心技術(shù)。胡予濮說(shuō)，如果把信息安全當(dāng)作一個(gè)有大門、有圍墻的院子。要想進(jìn)院子，辦法有多種，可以翻墻進(jìn)去，也可以推倒墻進(jìn)去，還可以挖個(gè)洞爬進(jìn)去，但正常合理的辦法是把門上的鎖打開(kāi)，然后推開(kāi)門走進(jìn)去。密碼技術(shù)就是大門上的那把鎖，鎖的質(zhì)量好不好，雖然決定不了院子是否安全，但卻是合法通行的關(guān)鍵。密碼技術(shù)的不斷研究，推動(dòng)著信息安全技術(shù)的發(fā)展。
胡予濮介紹，現(xiàn)代密碼學(xué)發(fā)展，就是密碼編碼學(xué)和密碼分析學(xué)“相互打架”的過(guò)程，也就是設(shè)計(jì)密碼和破解密碼兩撥人的較量。設(shè)計(jì)密碼的人希望自己的密碼體制難以被對(duì)手攻破，破解密碼的人希望可以破解敵方的所有密碼體制。
“學(xué)術(shù)研究上，破解的目的是幫助原有密碼變得更加完善，推動(dòng)現(xiàn)代密碼學(xué)向前發(fā)展。GGH可以被看作是一種密碼原語(yǔ)，一旦被證明安全可行，就可以在它的基礎(chǔ)上構(gòu)造出許多新的密碼體制，將極大地豐富未來(lái)密碼應(yīng)用的場(chǎng)景?！焙桢П硎?，雖然他們?cè)谄平釭GH密碼方案的過(guò)程中已經(jīng)做了不少工作，但一切才剛剛開(kāi)始，下一步他們還將對(duì)基于GGH映射的不可區(qū)分混淆進(jìn)行分析。
（文/《西安晚報(bào)》·秦 明 任 娜）
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