適用于低端計(jì)算設(shè)備的數(shù)字簽名方案研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展，如何保證及加強(qiáng)信息安全性和完整性已成為國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)心的重大問(wèn)題。數(shù)字簽名應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字簽名是公鑰密碼學(xué)領(lǐng)域最重要的發(fā)展方向之一。在公鑰密碼學(xué)中，密鑰是由公開(kāi)密鑰和私有密鑰組成的密鑰對(duì)。簽名者用私有密鑰進(jìn)行加密，接收方用公開(kāi)密鑰進(jìn)行解密。由于從公開(kāi)密鑰不能推算出私有密鑰，所以公開(kāi)密鑰不會(huì)損害私有密鑰的安全。公開(kāi)密鑰無(wú)需保密可以公開(kāi)的傳播，而私有密鑰必須保密。因此當(dāng)某人用其私有密鑰加密消息，能夠

2、用他的公開(kāi)密鑰正確解密，就可以肯定該消息是某人簽的字，這就是數(shù)字簽名的基本原理。 低端計(jì)算設(shè)備包括智能卡，無(wú)線傳感器，RFID設(shè)備，電子鑰匙等等。這些設(shè)備的使用正在全球方興未，它們的共同特點(diǎn)是計(jì)算能力非常弱，能源供應(yīng)有限(決定于電池的容量)，或者反應(yīng)時(shí)間極短。因此，應(yīng)用于低端計(jì)算設(shè)備的簽名方案必須優(yōu)先考慮計(jì)算量。目前適用于低端計(jì)算設(shè)備的簽名體制，有新型快速公鑰密碼體制中的多變量簽名體制，辮群簽名體制，基于格的簽名體制等等，還有特

3、殊屬性簽名體制中的在線/離線簽名體制，服務(wù)器輔助驗(yàn)證簽名體制等等。 本論文受國(guó)家973計(jì)劃(No.2007CB31074)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.90718001，60821001)、111項(xiàng)目(No.B08004)和索尼(中國(guó))研究院資助。 論文對(duì)研究過(guò)程中取得的主要?jiǎng)?chuàng)新成果進(jìn)行了詳細(xì)闡述。這些創(chuàng)新工作簡(jiǎn)要?dú)w納如下： 1.設(shè)計(jì)了一個(gè)高效且安全的多變量簽名方案。我們的構(gòu)造利用了這樣一個(gè)事實(shí)，即在F2的擴(kuò)域上

4、進(jìn)行平方運(yùn)算很快，僅僅是線性運(yùn)算。新設(shè)計(jì)的簽名方案能夠抵御目前針對(duì)多變量密碼體制的四種攻擊，即線性化方程攻擊，秩攻擊，XL/Grobner基攻擊和差分攻擊。 2.改進(jìn)了概率化擾動(dòng)方法，使其公鑰長(zhǎng)度大大減少。并依據(jù)概率化擾動(dòng)方法的特點(diǎn)，重新設(shè)計(jì)了一個(gè)合適的中心映射。對(duì)新中心映射和改進(jìn)的概率化方法組合成的概率多變量簽名方案作了安全性分析。 3.研究了最優(yōu)的在線離線簽名。改進(jìn)和設(shè)計(jì)了2個(gè)具體的方案。其特點(diǎn)是在線部分計(jì)算量為零，

5、離線部分的計(jì)算效率也較高，適用于低端計(jì)算設(shè)備。我們對(duì)這兩個(gè)方案都給出了安全性證明。 4.改進(jìn)了服務(wù)器輔助驗(yàn)證簽名的安全模型。在新安全模型下，分析了Wu等人提出的兩個(gè)基于短簽名的服務(wù)器輔助驗(yàn)證簽名方案?；赑aillier簽名構(gòu)造了一個(gè)新的服務(wù)器輔助驗(yàn)證簽名方案。新方案利用了Paillier原簽名的驗(yàn)證函數(shù)的同態(tài)性。在我們的方案中，驗(yàn)證者通過(guò)與服務(wù)器共同執(zhí)行服務(wù)器輔助驗(yàn)證協(xié)議，對(duì)簽名的驗(yàn)證只需363次模乘，便可達(dá)到安全級(jí)別280，

6、而原Paillier簽名的驗(yàn)證需要2049次模乘。計(jì)算量降低了約80％。此外，我們還提出了服務(wù)器輔助驗(yàn)證簽名的一種通用構(gòu)造。 5.設(shè)計(jì)了一個(gè)高效的代理簽名方案，和其他已提出的代理簽名方案相比，它的簽名算法沒(méi)有計(jì)算量較重的模指數(shù)運(yùn)算和配對(duì)運(yùn)算，比較適合計(jì)算能力較弱的低端計(jì)算設(shè)備。在隨機(jī)預(yù)言模型下，我們證明了該方案是安全的。此外，我們還對(duì)代理簽名作了一些擴(kuò)展，提出了一種新型的特殊代理簽名體制——極小代理簽名。 6.研究了三次