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Doctoral Thesis
DOI
Document
Author
Full name
Jefferson Evandi Ricardini Fernandes de Oliveira
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2019
Supervisor
Committee
Ruggiero, Wilson Vicente (President)
Albertini, Bruno de Carvalho
Aranha, Diego de Freitas
Misoczki, Rafael
Terada, Routo
Title in English
qSCMS: post-quantum security credential management system for vehicular communications.
Keywords in English
Algorithms
Criptology
Lattices
Privacy
Abstract in English
With the increasing demand for intelligent transportation systems (ITS), security and privacy requirements are paramount. This demand led to many proposals aimed at creating a Vehicular Public Key Infrastructure (VPKI) able to address such prerequisites. Among them, the Security Credential Management System (SCMS) is particularly promising, providing data authentication in a privacy-preserving manner and supporting the revocation of misbehaving vehicles. Namely, one of the main benefits of SCMS is its so-called butterfly key expansion process, which issues arbitrarily large batches of pseudonym certificates through a single request. Despite SCMS's appealing design, in this document, we show that its certificate issuing process can be improved. Namely, this protocol originally requires the vehicle to provide two separate public/private key pairs to registration authorities; we now propose an improved approach that unifies them into a single key pair. We also show that such performance gains come with no negative impact in terms of security, flexibility or scalability when compared to the original SCMS. Besides the improvement on the initial Elliptic Curve based protocol, we present a post-quantum version of the protocol using Ring Learning-with-errors (R-LWE) assumption. This new protocol has the same shape and features of the original one, but using R-LWE-based signature and encryption as underlying schemes and Lattices operation for the key issuing instead of Elliptic Curves.
Title in Portuguese
qSCMS: sistema de gerenciamento de credenciais de segurança pós-quântico para comunicações veiculares.
Keywords in Portuguese
Algoritmos
Criptologia
Privacidade
Reticulados
Abstract in Portuguese
Com o aumento da demanda por Sistemas de Transporte Inteligentes (ITS - intelligent transportation systems), requisitos de segurança de informação e privacidade são primordiais. Isso levou a muitas propostas visando a criação de uma infraestrutura de chave pública veicular (VPKI - Vehicular Public Key Infrastructure) capaz de atender esses requisitos. Entre estes, o Sistema de Gerenciamento de Credenciais de segurança (SCMS - Security Credential Management System) é particularmente promissor. Ele provê autenticação de dados de uma maneira a preservar a privacidade e também suporta revogação de veículos que apresentem comportamento inadequado. Especificamente, um dos principais benefícios do SCMS é o chamado processo de butterfly key expansion, que emite lotes arbitrariamente grandes de certificados para pseudônimos a partir de única requisição. Embora este protocolo originalmente exija que o veículo forneça dois pares de chaves públicas/privadas separadas para as autoridades de registro, aqui é proposta uma abordagem aprimorada que as unifica em um único par de chaves. Também é mostrado esse ganho de desempenho não causa nenhuma deterioração em termos de segurança, flexibilidade ou escalabilidade quando comparado ao SCMS original. Além das melhorias no protocolo original baseado em curvas elípticas, aqui é apresentada uma versão pós-quântica do protocolo usando a hipótese de segurança R-LWE (Ring Learning-with-errors). Este novo protocolo tem o mesmo formato e características do original, mas usa assinatura e cifração baseada em R-LWE como esquemas subjacentes e operações em reticulados para o processo de emissão de chaves em vez de curvas elípticas.
 
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Publishing Date
2019-07-25
 
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