門限簽名體制的研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，數(shù)字簽名在現(xiàn)實(shí)生活中扮演著越來越重要的角色，提出了越來越多的新需求。門限簽名是對普通數(shù)字簽名的推廣，不同之處在于：普通數(shù)字簽名的簽名是由一個(gè)個(gè)體生成的，而門限簽名的簽名是由多個(gè)成員合作生成的，例如在(t,n)門限簽名方案中，需要t個(gè)以上合作者才能生成簽名。門限簽名和普通數(shù)字簽名的驗(yàn)證都是由單個(gè)個(gè)體完成的。門限簽名是門限密碼學(xué)的重要組成部分。 秘密共享是門限密碼學(xué)的基礎(chǔ)。門限秘密共享的主要思想是將

2、一個(gè)密鑰分割成若干子密鑰分散存儲于多個(gè)服務(wù)器成員，當(dāng)需要重構(gòu)密鑰或使用它進(jìn)行某種密碼運(yùn)算時(shí)，必須多于特定數(shù)量(門限值)的成員才能共同完成，少于特定數(shù)量的任何成員組都不能計(jì)算得到此密鑰。這個(gè)領(lǐng)域中一個(gè)重要的研究內(nèi)容是秘密共享新成員的加入，它解決的是為新加入的成員分發(fā)子密鑰，同時(shí)滿足：在加入過程中不能有可信中心存在，也不能重構(gòu)密鑰。在第三章中提出了一個(gè)實(shí)用的秘密共享新成員加入?yún)f(xié)議。 一般秘密共享方案存在兩個(gè)問題：一是分發(fā)者的誠實(shí)性問

3、題，分發(fā)者故意將錯(cuò)誤的子密鑰發(fā)給某個(gè)成員，成員如何驗(yàn)證子密鑰是否正確；二是成員的誠實(shí)性問題，若某些惡意成員提供了假的子密鑰，其他成員能否鑒別。對這兩個(gè)問題的研究，導(dǎo)致出現(xiàn)了可驗(yàn)證秘密共享。一般來說，成員要想知道持有的子密鑰是否有效，唯一的辦法是嘗試重構(gòu)密鑰，可驗(yàn)證秘密共享允許成員驗(yàn)證他們是否有一個(gè)有效的子密鑰，而不用重構(gòu)密鑰。第三章中也對可驗(yàn)證的門限簽名進(jìn)行了研究。 前向安全簽名不能保證密鑰泄漏以后時(shí)間段簽名的安全性，密鑰隔離簽

4、名能夠解決這個(gè)問題。在密鑰隔離簽名中需要兩個(gè)模塊，一個(gè)是簽名者，另一個(gè)是基地。簽名者使用他持有的當(dāng)前時(shí)間段的密鑰進(jìn)行簽名，但在每個(gè)時(shí)間段結(jié)束進(jìn)行密鑰演化時(shí)，需要基地的演化信息來計(jì)算新的密鑰。因此假定基地是安全的，即使入侵者得到當(dāng)前的密鑰，沒有基地的幫助也無法計(jì)算密鑰泄漏后時(shí)間段的密鑰。在第三章中提出了一個(gè)密鑰隔離的門限簽名方案。 1984年，Shamir首先提出了基于身份的公鑰密碼系統(tǒng)(identity-based public

5、 keycryptosystem)．在這個(gè)密碼系統(tǒng)中，用戶的公鑰可由他公開的唯一身份信息(如郵件地址、Ip地址等)來確定。而用戶的私鑰由一個(gè)可信的私鑰生成中心PKG產(chǎn)生。這樣，任何一對用戶都可以安全地通訊，而不需要交換他們的公鑰證書，不需要使用公鑰字典，也不需要使用第三方的在線服務(wù)。之后許多基于身份的簽名方案相繼被提出，利用雙線性對能夠設(shè)計(jì)簡單實(shí)用的基于身份的簽名方案。本文對基于身份的門限簽名進(jìn)行了研究，文中所涉及的基于身份的方案都是基

6、于雙線性對的。 Mambo等人于1996年首次提出了代理簽名的概念。在代理簽名方案中，原始簽名者將自己的簽名權(quán)委托給可靠的代理簽名者，代理簽名者能夠代表原始簽名者進(jìn)行簽名。隨著代理簽名的發(fā)展，門限代理簽名也受到了廣泛的關(guān)注。在第四章中對門限代理簽名進(jìn)行了研究，首先對一個(gè)基于身份的門限代理簽名方案進(jìn)行了分析，然后提出了一個(gè)實(shí)用的基于證書的門限代理簽名方案。 盲簽名使用戶能將給定的消息讓簽名者簽發(fā)，而又不泄漏消息或簽名給簽名者。盲簽

7、名常用于電子現(xiàn)金和電子投票系統(tǒng)。結(jié)合門限簽名和盲簽名的思想，形成了門限盲簽名。第五章對門限盲簽名進(jìn)行了研究，首先提出了一個(gè)基于身份的盲簽名方案，隨后在此基礎(chǔ)上提出了一個(gè)基于身份的門限盲簽名方案。 在門限簽名方案中，任意t個(gè)成員合謀可以冒充其他成員產(chǎn)生簽名，事后無法追查是哪t個(gè)成員參與了簽名，這意味著惡意成員集可以不負(fù)責(zé)任的產(chǎn)生簽名。為了解決這個(gè)問題，提出了門限多簽名方案。門限多簽名結(jié)合了門限簽名和多重簽名的思想，防止了惡意成員集

8、合的冒充。在第六章中，我們提出了兩個(gè)來自雙線性對的門限多簽名方案。 群簽名允許一個(gè)群成員匿名地代表整個(gè)群體簽發(fā)消息，簽名者的身份是保密的，當(dāng)發(fā)生爭執(zhí)時(shí)，由一個(gè)指定的群管理員來揭示其身份。群簽名與門限簽名結(jié)合形成了門限群簽名。在第七章中，我們分析了兩個(gè)門限群簽名方案，并提出一個(gè)新的門限群簽名方案和一個(gè)把門限簽名轉(zhuǎn)換為門限群簽名的一般方法。 環(huán)簽名可以被視為一種簡化的群簽名，它沒有中心，沒有群的建立過程。在環(huán)簽名中，對于驗(yàn)證

9、者來說簽名者是完全匿名的，他只能確定簽名來自于某一個(gè)環(huán)，而不能確定具體的簽名者是誰。即使環(huán)簽名出現(xiàn)爭議，也沒有人能確定簽名者究竟是誰。環(huán)簽名與門限簽名相結(jié)合形成了門限環(huán)簽名。第八章提出了一個(gè)高效的可證安全的基于身份的門限環(huán)簽名方案。 本文的主要工作是對秘密共享新成員加入和上述門限簽名體制進(jìn)行研究，取得的主要研究成果歸納如下： ·提出了一個(gè)實(shí)用的秘密共享新成員加入?yún)f(xié)議，門限個(gè)舊成員不需要重構(gòu)秘密就可以給新成員分發(fā)子秘密，并

10、且只有新成員能夠得到這個(gè)子秘密，然后與相關(guān)工作進(jìn)行了比較。 ·對一個(gè)無可信中心的門限簽名方案進(jìn)行了分析，指出方案存在密鑰冗余問題，同時(shí)給出了一個(gè)簡化方案，證明兩個(gè)方案是等價(jià)的，從而說明密鑰冗余問題。 ·改進(jìn)Shoup的門限RSA簽名方案，使用可驗(yàn)證秘密共享技術(shù)，提出了一個(gè)可驗(yàn)證的門限RSA簽名方案，解決了可信中心不誠實(shí)的問題。 ·針對一般門限簽名和前向安全門限簽名中存在的密鑰泄漏問題，提出了一個(gè)密鑰隔離的門限簽名

11、方案，即使某一時(shí)間段的密鑰泄漏，也不影響其他時(shí)間段密鑰的安全。 ·對一個(gè)基于身份的門限代理簽名方案進(jìn)行了分析，指出它是不安全的且效率不高，隨后設(shè)計(jì)了一個(gè)高效的基于證書的門限代理簽名方案，并證明其安全性。 ·提出一個(gè)新的基于身份的盲簽名方案，并分析方案的正確性、盲性和不可偽造性，在提出的盲簽名方案基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)高效的基于身份的門限盲簽名方案，不需要管理用戶證書，從而節(jié)省了管理開銷。 ·針對門限簽名中的合謀問題，

12、結(jié)合多簽名的思想，提出了兩個(gè)基于雙線性對的門限多簽名方案，一個(gè)是基于證書的，另一個(gè)是基于身份的。 ·首先分析了一個(gè)門限群簽名方案和一個(gè)矢量空間秘密共享群簽名方案，指出方案中存在的不足：然后，提出了一個(gè)新的矢量空間秘密共享群簽名方案；最后，給出了一個(gè)轉(zhuǎn)換門限簽名到門限群簽名的一般方法。 ·提出了一個(gè)基于身份的門限環(huán)簽名方案，與同類方案相比效率更高，并且在隨機(jī)預(yù)言模型下證明了安全性。下一步的研究工作包括：研究如何移去門限RS