椭圆曲线加密算法研究及其在即时通讯系统中的应用

论文摘要

随着Internet的高速发展,信息安全问题越来越受到人们的关注。公钥密码技术是解决信息安全问题的重要手段。与RSA,DSA等公钥密码体制相比,椭圆曲线密码体制(ECC)有着很多优点:单位安全强度高;计算量小;存储空间小;带宽要求低。ECC的这些特点使它在资源受限的环境下(如PDA、手机、智能卡)将会取代RSA,并可能成为通用的公钥加密算法。因此,本文首先研究探讨了椭圆曲线密码体制ECC,阐述实现该算法的数学基础,探讨ECC加密体制的设计原理、ECDH密钥交换算法和ECDSA数字签名算法原理等,并对ECC的安全性能和执行效率进行比较分析。即时通讯(Instant Messaging,IM)提供在线状态与即时交换文字、语音或视频等多种媒体的热门网路服务。然而目前大部分即时通讯系统在设计时多以实用性为考虑,并未考虑安全性问题。例如MSN仅考虑到用户登录阶段的安全性,使用户之间.的通信信息传送则采用明文。为了解决IM的安全问题,本文依据IM的三方(两使用者与一服务器)的通讯特色,以椭圆曲线密码学为基础设计了一套确保客户与客户,客户与服务器通信的安全性的加密方案。并用Java语言简单实现了该设计方案,进而得出该加密方案具有可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 图表目录
• 1 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 论文研究的主要工作
• 1.4 本文的内容组织
• 2 椭圆曲线密码系统研究
• 2.1 椭圆曲线基本的数学理论简介
• 2.1.1 椭圆曲线定义
• 2.1.2 椭圆曲线运算规则
• 2.1.3 椭圆曲线离散对数问题
• 2.2 椭圆曲线密码体制
• 2.2.1 椭圆曲线加密和解密过程
• 2.2.2 基于椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）
• 2.2.3 椭圆曲线Diffie-Hellman密钥交换体制（ECDH）
• 2.3 椭圆曲线的快速算法
• 2.3.1 基域的选择
• 2.3.2 标量乘法运算
• 2.4 椭圆曲线的明文嵌入
• 2.5 椭圆曲线密码体制的性能分析
• 2.5.1 安全性更高
• 2.5.2 实现效率高
• 2.5.3 存储和带宽实现上的需求低
• 2.5.4 可以有效抵抗CCA2攻击
• 2.6 椭圆曲线安全性分析
• 2.6.1 对于一般曲线的攻击方法
• 2.6.2 对特殊曲线的ECDLP攻击方法
• 2.7 小结
• 3 即时通讯系统的加密需求
• 3.1 即时通讯的定义及分类
• 3.2 即时通讯工作原理
• 3.3 即时通讯模式
• 3.3.1 P2P即时信息传递方式
• 3.3.2 C/S即时信息传递方式
• 3.4 即时通讯系统服务分析与协定标准
• 3.5 现有通讯工具的安全性分析
• 3.6 小结
• 4 一种基于ECC的安全即时通讯的加密方案
• 4.1 方案设计过程
• 4.1.1 证书准备阶段
• 4.1.2 用户注册阶段
• 4.1.3 Client-Server通讯
• 4.1.4 Client-Client密钥交换通讯
• 4.2 通讯过程安全性分析
• 4.3 小结
• 5 系统实现与测试
• 5.1 系统组成及主要功能
• 5.2 系统软件实现
• 5.2.1 Java安全体系结构分析
• 5.2.2 数字证书实现
• 5.2.3 加密算法的实现
• 5.2.4 客户端注册实现
• 5.2.5 登录模块
• 5.2.6 日志处理模块
• 5.3 数据库设计
• 5.4 系统测试
• 5.4.1 测试环境
• 5.4.2 测试举例
• 5.4.3 测试结论
• 5.5 小结
• 6 总结与展望
• 6.1 本文主要的研究工作总结
• 6.2 进一步的研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录