Jiangtao Li

CERIAS TR 2007-63

phdthesis

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Li

Purdue University, CERIAS

2001-01-01

TABLE OF CONTENTS Page LIST OF TABLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii LIST OF FIGURES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . viii ABBREVIATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ix ABSTRACT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x 1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 Cryptographic Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.1 Cryptographic Commitment Scheme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2 Homomorphic Encryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.3 Identity-Based Encryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.4 Hidden Credentials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.5 Scrambled Circuit Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3 OACerts: Oblivious Attribute Certificates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.1 Architecture of OACerts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.2 Applications of OACerts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.3 Definition of OCBE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.4 OCBE Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.4.1 EQ-OCBE: An OCBE Protocol For = Predicates . . . . . . . . . 28 3.4.2 GE-OCBE: An OCBE Protocol For ≥ Predicates . . . . . . . . . 31 3.4.3 OCBE Protocols for Other Predicates . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.4.4 MOCBE: Multi-attribute OCBE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.5 Implementation and Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 4 Policy-Hiding Access Control Using OACerts . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.1 Using OACerts and CIPPE for Policy-Hiding Access Control . . . . . . . 42 4.2 Definition of Certified Input Private Policy Evaluation . . . . . . . . . . . 44 4.3 Building Circuits That Have Uniform Topological Structure . . . . . . . . 48 4.4 A Committed-Integer Based Oblivious Transfer Protocol . . . . . . . . . 52 4.5 The CIPPE Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 5 A Privacy-Preserving Trust Negotiation Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . 60 5.1 Our Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 5.2 Trust Negotiation: Review and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 5.3 Our Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 5.3.1 Notation and Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.3.2 Problem Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.3.3 Overview of Our Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 5.3.4 Proof of RE Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 5.4 Protocol for Privacy-Preserving Trust Negotiation . . . . . . . . . . . . . 73 5.4.1 Building Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 5.4.2 Secure RE Strategy Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 5.4.3 Privacy-Preserving Trust Negotiation Protocol . . . . . . . . . . 77 5.5 Efficiency Improvements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 5.5.1 A More Efficient Equality Test for Array Elements . . . . . . . . 78 5.5.2 Reducing the Number of Rounds . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 5.6 Security Proofs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 5.6.1 Definition of Security . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 5.6.2 Sketch of the Security Proof . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 6 A Trust Negotiation Framework for Cryptographic Credentials . . . . . . . . . 84 6.1 Overview of Cryptographic Credentials and Tools for ATN . . . . . . . . 85 6.2 The Language of Credentials and Policies . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 6.3 The Extended Trust Target Graph Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.3.1 Nodes in a Trust-Target Graph . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 6.3.2 Edges in a Trust-Target Graph . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 6.3.3 State Propagation in TTG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 6.3.4 Messages in the Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 6.3.5 Node Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 6.3.6 Example of The ETTG Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 7 Related Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 7.1 Automated Trust Negotiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 7.2 Cryptographic Approaches to Automated Trust Negotiation . . . . . . . . 116 7.3 Anonymous Credential Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 7.4 Secure Function Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 8 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 LIST OF REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 VITA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

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