數(shù)字簽名算法的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、數(shù)字簽名是計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)信息安全的基本內(nèi)容之一，對(duì)它的研究有著重要的理論和實(shí)際意義。本文針對(duì)密碼學(xué)數(shù)字簽名領(lǐng)域的幾個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，研究并設(shè)計(jì)了一些有效并安全的數(shù)字簽名方案，具體成果如下。 1.標(biāo)準(zhǔn)模型下有效群簽名方案效率和安全性是評(píng)估一個(gè)密碼算法的兩個(gè)重要指標(biāo).直到1999年，所有可證明安全的有效簽名算法都基于隨機(jī)預(yù)言模型而標(biāo)準(zhǔn)模型下簽名方案因采用樹(shù)結(jié)構(gòu)，其可證明安全性以嚴(yán)重的犧牲效率作為代價(jià)，因此只具有重要的理論意義而不實(shí)用.在隨機(jī)

2、預(yù)言模型中，假定任何用戶(hù)(合法用戶(hù)和攻擊者)都能訪問(wèn)某個(gè)理想化的隨機(jī)預(yù)言機(jī)以獲得一個(gè)隨機(jī)數(shù)，但是這個(gè)理想的預(yù)言機(jī)在現(xiàn)實(shí)世界中并不存在，而通常以hash函數(shù)代替。文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了這樣的方案，其在隨機(jī)預(yù)言模型下是安全的，但是在hash函數(shù)替代預(yù)言機(jī)后，方案卻是不安全的.從而，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)模型下可證明安全的有效簽名方案的設(shè)計(jì)仍是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。 2.基于身份的可鏈接和可轉(zhuǎn)換環(huán)簽名環(huán)簽名可以視為一種特殊的群簽名，不同之處在于環(huán)簽名沒(méi)有可信中

3、心，沒(méi)有群的建立過(guò)程，從而也就不象群簽名那樣存在可以打開(kāi)簽名者身份的機(jī)構(gòu).簽名者可以完全自主的構(gòu)建一個(gè)環(huán)并匿名簽名，驗(yàn)證者能夠證明消息是由環(huán)中的某個(gè)成員簽署的，但無(wú)法確認(rèn)簽名者的身份.環(huán)簽名主要用于電子投票，電子現(xiàn)金，泄露隱私信息和認(rèn)證通信等。 3.基于身份的模糊簽名目前主流的公鑰系統(tǒng)包括PKI密碼系統(tǒng)和基于身份密碼系統(tǒng)?；谏矸菝艽a系統(tǒng)不需要象PKI系統(tǒng)那樣花費(fèi)額外的開(kāi)銷(xiāo)存儲(chǔ)和管理公鑰證書(shū)，也不需要花費(fèi)額外的時(shí)間來(lái)驗(yàn)證公鑰證書(shū)

4、的真?zhèn)?，從而，基于身份密碼系統(tǒng)在許多方面比傳統(tǒng)的PKI系統(tǒng)更具優(yōu)勢(shì).以往的基于身份密碼系統(tǒng)都將身份看作是與用戶(hù)信息緊密相關(guān)的字符串，如電子郵件地址、姓名等.這里，我們將身份看作是對(duì)用戶(hù)某個(gè)描述性屬性的集合，例如指紋和虹膜等生物特征.在實(shí)際應(yīng)用中，通常利用生物特征提取用戶(hù)的私鑰，而采用生物特征作為公鑰更加符合基于身份密碼系統(tǒng)的構(gòu)架 4.密鑰托管問(wèn)題密鑰托管問(wèn)題是基于身份密碼系統(tǒng)所固有的，也是該系統(tǒng)的一個(gè)很大的不利之處.因?yàn)镻KG知

5、道所有用戶(hù)的私鑰信息，從而其可以解密所有的加密文件或仿造用戶(hù)進(jìn)行簽名.Boneh和Franklin利用門(mén)限技術(shù)通過(guò)引入多個(gè)PKG來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，但這樣不可避免的會(huì)增加通信負(fù)擔(dān).目前提出許多方案結(jié)合傳統(tǒng)的PKI系統(tǒng)和基于身份系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，其中，無(wú)證書(shū)密碼系統(tǒng)最受關(guān)注.從該概念提出伊始，涌現(xiàn)了大量針對(duì)其攻擊模型和具體加密簽名方案構(gòu)造方法的研究文章。在一般的無(wú)證書(shū)的密碼系統(tǒng)的密鑰生成方案中，首先PKG利用用戶(hù)身份信息為其生成一個(gè)私鑰(sk)，然

6、后用戶(hù)自身生成一個(gè)私鑰/公鑰對(duì)(sk1/pk1)，PKG因不知道用戶(hù)的私鑰/公鑰對(duì)而無(wú)法代替用戶(hù)進(jìn)行解密或簽名操作。但這樣的密鑰生成方案造成用戶(hù)自身生成的私鑰/公鑰對(duì)不唯一，當(dāng)惡意PKG發(fā)布虛假的用戶(hù)私鑰/公鑰對(duì)時(shí)，用戶(hù)起訴PKG缺乏證據(jù)；而且，很多情況下，惡意PKG可以選擇特殊的參數(shù)信息以獲得用戶(hù)自己選擇的私鑰。 本文重新定義了無(wú)證書(shū)公鑰系統(tǒng)的密鑰生成算法，由用戶(hù)首先生成私鑰/公鑰對(duì)(sk1/pk1)，然后PKG利用用戶(hù)的身份

7、信息和公鑰pk1為其生成另一個(gè)私鑰(sk），這相當(dāng)于PKG對(duì)用戶(hù)身份和公鑰信息做了一個(gè)簽名，而用戶(hù)成功偽造一個(gè)合法簽名的概率是可忽略的.然后，我們提出了兩種可行的密鑰生成算法.并基于其中一個(gè)算法分別提出了無(wú)證書(shū)加密方案和無(wú)證書(shū)簽名方案.所提方案分別滿(mǎn)足隨機(jī)預(yù)言模型下的可證明安全性，并可以抵抗惡意PKG選擇參數(shù)攻擊.并且，在無(wú)證書(shū)的簽名方案中，如果我們把用戶(hù)自己生成的部分公鑰pk1也看作其簽名的一部分，將其作為簽名的一部分予以發(fā)布，則驗(yàn)證