패스워드 기반의 키 교환(PAKE) 프로토콜은 난수를 공유하거나 PKI가 구축되어 있지 않은 환경에서 공유한 패스워드를 사용하여 세션키를 공유할 수 있게 함으로써 안전한 통신을 제공하는 암호학적 도구이다. RSA를 사용하여 효율적으로 설계하는 것이 쉽지 않기 때문에 대다수의 PAKE 프로토콜들은 Diffie-Hellman 키 교환을 기반으로 설계되어 왔다. 본 논문에서는 RSA 암호화의 효율성을 활용하여 비대칭 통신환경에 적합한 효율적인 RSA-PAKE 프로토콜을 제안한다. 제안하는 RSA-PAKE 프로토콜이 이론적인 계산량과 파라메타를 바탕으로 한 실험을 통하여 얼마나 효율적인지 판단한다. 제안하는 RSA-PAKE 프로토콜에서 비대칭 통신환경의 저전력 장비는 계산적으로 기존 프로토콜 중에서 안전하고 가장 효율적인 CEKEP보다 약 84% 효율적인 비용으로 키 교환을 수행할 수 있다. 특히, 일정 부분의 연산을 키 교환 과정이 진행되기 이전에 수행함으로써 키 교환 과정의 효율성을 극대화 할 수 있다. 제안하는 RSA-PAKE 프로토콜의 안전성은 RSA 문제를 기반으로 렌덤 오라클 모델에서 증명한다.
Password-Authenticated Key Exchange (PAKE) Protocol is a useful tool for secure communication conducted over open networks without sharing a common secret key or assuming the existence of the public key infrastructure (PKI). It seems difficult to design efficient PAKE protocols using RSA, and thus many PAKE protocols are designed based on the Diffie-Hellman key exchange (DH-PAKE). Therefore it is important to design an efficient PAKE based on RSA function since the function is suitable for designing a PAKE protocol for imbalanced communication environment. In this paper, we propose a computationally-efficient key exchange protocol based on the RSA function that is suitable for low-power devices in imbalanced environment. Our protocol is more efficient than previous RSA-PAKE protocols, required theoretical computation and experiment time in the same environment. Our protocol can provide that it is more 84% efficiency key exchange than secure and the most efficient RSA-PAKE protocol CEPEK. We can improve the performance of our protocol by computing some costly operations in offline step. We prove the security of our protocol under firmly formalized security model in the random oracle model.
