Hash函數(shù)的安全性分析及其應用研究.pdf

1、Hash函數(shù)是一種單向函數(shù)，被廣泛應用在數(shù)字簽名和認證中。近年來對Has h函數(shù)安全性方面的研究是一個研究熱點。本文在對Hash函數(shù)安全性進行研究的基礎上，利用Hash函數(shù)的單向性提出了兩種基于Hash函數(shù)的數(shù)字簽名方案，設計實現(xiàn)了密文數(shù)據(jù)檢索原型系統(tǒng)。主要工作如下：
　　首先，證明了SHA-3置換函數(shù)的差分轉(zhuǎn)移概率特性。通過對SHA-3算法置換函數(shù)Keccak-f的分析，提出三維數(shù)組的循環(huán)移位方法。根據(jù)置換函數(shù)Keccak-f每

2、一步變換的結(jié)構(gòu)，構(gòu)造出輸出差分的布爾函數(shù)表達式。通過研究輸出差的差分布爾函數(shù)表達式，證明了Keccak-f每一步變換的輸入輸出差分通過循環(huán)移位后，其差分轉(zhuǎn)移概率不變。在此基礎上，分析得出當Keccak-f每一步變換的兩個輸入差分之間和對應輸出差分之間均滿足相同循環(huán)移位特性時，整個置換函數(shù)Keccak-f的輸入輸出差分通過循環(huán)移位后，其差分轉(zhuǎn)移概率不變。
　　其次，設計了一種改進SHA-1算法。針對SHA-1存在安全性缺陷，提出了一

3、種對SHA-1的改進算法。該算法有效地增加了運用消息修改技術的困難，并且得到良好的差分擴散特性。由于改進Hash算法只改動了步函數(shù)，僅增加了一個加法和循環(huán)移位，沒有改變信息填充方式和消息摘要長度，容易實現(xiàn)原有基于SHA-1的軟硬件產(chǎn)品的升級。經(jīng)證明并通過測試，得出改進SHA-1與標準SHA-1的效率相當。
　　然后，提出了兩種基于Hash函數(shù)的數(shù)字簽名方案?；贖ash函數(shù)的單向性構(gòu)造了兩種數(shù)字簽名方案，一種是基于Hash函數(shù)的群

4、簽名方案，另一種是基于Hash函數(shù)的門限簽名方案?；贖ash函數(shù)的數(shù)字簽名是一個全新的簽名方法，在簽名的過程中不再使用RSA、ECC、ElGamal等公鑰密碼體制，可以抵抗量子時代量子計算的攻擊。
　　最后，設計并實現(xiàn)了基于Hash函數(shù)密文數(shù)據(jù)檢索系統(tǒng)。利用Hash函數(shù)的單向性設計基于Hash函數(shù)的密文數(shù)據(jù)檢索方案。在此基礎上，實現(xiàn)了密文醫(yī)療病歷檢索原型系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)無密鑰的精確檢索與統(tǒng)計，也可根據(jù)檢索詞模糊匹配縮小查找范