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Blatt 12 / 20. Januar 2014

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Ruhr-Universit¨ at Bochum

Lehrstuhl f¨ur Kryptologie und IT-Sicherheit Prof. Dr. Alexander May

Stefan Hoffmann, Ilya Ozerov

Haus¨ubungen zur Vorlesung

Kryptographie

WS 2013/14

Blatt 12 / 20. Januar 2014

Abgabe: 28. Januar 2014, 14.00 Uhr (vor der Vorlesung), Kasten NA/02

AUFGABE 1 (10 Punkte):

Sei f : {0,1}2n → {0,1}2n eine Einwegfunktion. Zeigen Sie, dass dann im Allgemeinen die Funktion f0 :{0,1}2n→ {0,1}2n definiert durch f0(x) := f(x)⊕x keine Einwegfunktion ist.

Gehen Sie wie folgt vor:

(a) Seig :{0,1}n → {0,1}neine Einwegfunktion. Zeigen Sie, dass dann auchf :{0,1}2n→ {0,1}2n definiert durch

f(x) =f(x1, x2) := (g(x1)⊕x2, x2)

eine Einwegfunktion ist. Wir teilen die Eingabe x∈ {0,1}2n in zwei H¨alften x1 und x2 mit x1, x2 ∈ {0,1}n auf.

Hinweis: Beim Nachweis der Einwegeigenschaft kann es hilfreich sein, zun¨achst die Mengengleichheitf−1(a, b) =g−1(a⊕b)× {b}zu zeigen. Hierbei bezeichnetf−1(a, b) :=

{(x1, x2)∈ {0,1}2n | f(x1, x2) = (a, b)} das Urbild von (a, b) unter f.

(b) Benutzen Sie das in (a) konstruiertef und betrachten Sie das entsprechendef0. Zeigen Sie, dass diesesf0 keine Einwegfunktion sein kann.

Bitte wenden!

(2)

AUFGABE 2 (5 Punkte):

Sei Πf = (Gen,Samp, fI,Inv) eine Familie von Trapdoor-Einwegpermutationen und dh : {0,1}n → {0,1}2 ein Doppelhardcorepr¨adikat f¨ur Πf (siehe Pr¨asenz¨ubung 12, Aufgabe 3).

Konstruieren Sie aus Πf und dh analog zur Vorlesung (Folie 65) ein asymmetrisches Ver- schl¨usselungsverfahren Π = (Gen,Enc,Dec) f¨ur Nachrichten m∈ {0,1}2.

Zeigen Sie die Korrektheit und die CPA-Sicherheit Ihres Verfahrens.

Hinweis: Raten Sie wie im Beweis auf Folie 68 das Doppelhardcorepr¨adikat mitz ∈R {0,1}2. Betrachten Sie dann in der Reduktion die Ereignisse GOOD := (z = dh(x)∧b = b0) und OKAY:= (z =dh(x)⊕m0⊕m1∧b6=b0). Das EreignisGOODbeschreibt also die Tatsache, dass dh richtig geraten wurde und der Angreifer korrekt antwortet, w¨ahrend OKAY das Ereignis beschreibt, dasszeinen speziellen Wert annimmt und der Angreifer zudem mit seiner Antwort falsch liegt. Betrachten Sie oBdA nur Angreifer, diem0 6=m1 w¨ahlen. Sch¨atzen Sie schließlich Ws[d0 =dh(x)] ≥Ws[d0 =dh(x)∧GOOD] +Ws[d0 = dh(x)∧OKAY] ab. Dabei entspricht d0 dem Wert, den A0 zum Schluss ausgibt.

AUFGABE 3 (5 Punkte):

Betrachten Sie folgende modifizierte Version der quadratischen Residuosit¨atsannahme (siehe Folie 86), in welcher der Unterscheider y∈RQN RN anstelle von y∈RQN R+1N erh¨alt.

Das Unterscheiden quadratischer Reste ist hart bzgl. GenModulus(1n), falls f¨ur alle ppt- Unterscheider D gilt

|Wsx∈RQRN[D(1n, N, x) = 1]−Wsy∈RQN RN[D(1n, N, y) = 1]| ≤negl(n).

Zeigen Sie, dass die modifizierte Annahme nie gelten kann, indem Sie einen Unterscheider D konstruieren, der die beiden Verteilungen mit Wahrscheinlichkeit ≥2/3 unterscheidet.

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