改进的PolarRLCE公钥加密方案：增强语义安全与抵抗结构化攻击

"该文章是2020年10月发表在《网络与信息安全学报》上的，由李喆、韩益亮和李鱼共同撰写。文章主要讨论了基于Polar码改进的RLCE（随机线性码加密）公钥加密方案，以解决原PolarRLCE方案在语义安全性和抵御自适应选择密文攻击(IND-CCA2)方面的不足。" 在密码学领域，公钥加密是一种重要的技术，用于保护数据的隐私和安全性。RLCE方案是一种利用随机线性码构建的公钥加密方法，然而，它存在一些弱点，如缺乏语义安全，这意味着加密的数据虽然看起来不可读，但可能泄露关于原始信息的某些信息。此外，它容易受到自适应选择密文攻击，这种攻击允许攻击者根据先前的加密结果来选择新的明文进行加密，从而可能破解系统。 针对这些问题，作者提出了一个改进的RLCE方案，该方案结合了Polar码的特性。Polar码是一种近年来在通信领域得到广泛应用的纠错编码技术，其主要特点是具有极化性质，能有效地区分信道的好坏。在本文中，Polar码被用作加密方案的基础编码层，结合RLCEspad消息填充方法，对密文进行编码，以增强加密的强度和安全性。 改进后的方案对原PolarRLCE方案进行了优化，包括将公钥矩阵转换为系统矩阵，这降低了公钥的存储需求。同时，通过对部分私钥进行预计算，减少了私钥的存储空间，提高了效率。作者强调，尽管做了这些修改，但新方案依然保留了PolarRLCE的基本结构，因此能够抵抗针对汉明循环码的结构化攻击。 安全性评估显示，在128位安全级别下，与HermitianRLCE方案、GRSRLCE方案和GoppaMcEliece方案相比，该方案的公钥尺寸分别减少了4%、46.5%和47.9%，表明了其在降低密钥大小的同时，保持了良好的安全性。 关键词涉及的Polar码、随机线性码加密、消息填充、自适应选择密文攻击以及结构化攻击都是本文研究的核心技术。Polar码的引入为公钥加密提供了一种新的编码策略，而消息填充则增强了系统的抗攻击能力。自适应选择密文攻击是公钥加密安全性评估的重要指标，结构化攻击则是指针对特定编码结构的攻击方式。 这项工作为公钥加密的安全性和效率提供了一个新的视角，通过融合Polar码的优势，创建了一个更加安全且高效的加密方案，对于未来密码学和网络安全的研究具有重要的参考价值。