具有特殊性质的数字签名理论研究

论文摘要

随着网络技术和电子商务的迅猛发展，迫切需要解决网上数据传输安全以及交易双方的身份识别和认证。简单模拟手写签名的普通签名已不能完全满足应用的需要，许多新的应用环境要求数字签名能支持一些特殊的功能，如前向安全数字签名应用于风险控制、代理签名应用于电子支付、门限群签名应用于重要军事命令的签发、重签名应用于网上公文逐级审批以及环签名应用于匿名举报等，它们在现实生活中有着非常广泛的应用前景。研究这些具有特殊性质的数字签名已成为数字签名的主要研究方向。椭圆曲线密码（ECC）具有带宽要求低、密钥和签名长度短以及安全性能高等特点，在带宽受限的无线网络领域有着广泛的应用前景。基于此，提出了一个基于ECC的高效动态门限群签名方案，它不仅具有动态门限签名特性和满足群签名的不可追踪性和匿名性，而且还能抵制联合攻击。另外，当群管理员加入或撤销群成员时，系统参数只作少量改变。对目前几种基于普通离散对数密码体制构造的前向安全代理签名方案进行了安全性分析。发现它们有的其密钥更新算法是对代理签名密钥进行更新的，同时代理签名人的私钥出现在代理签名生成式中，有的其必需因子的幂不含关键参数，从而均不完全满足该文给出的方案具有前向安全性质的必要条件，因而均不具有前向安全性。当代理签名人的私钥泄露后，有的方案不能抵抗任何人的伪造攻击，有的方案甚至还不具备基本的代理签名的性质，原始签名人或任何人不用知晓任何私有信息均可直接实施伪造攻击。针对这些缺陷，提出了一个改进的效率更高的代理签名方案，该方案仅对代理签名人的私钥进行更新，构造的生成函数中其必需因子的幂含有关键参数，分析显示该方案不仅具有前向安全性质，而且还满足强代理签名的所有安全性质。由于双线性对在实现中的高效性和安全性，针对目前基于普通离散对数的前向安全代理签名方案实现速度慢、系统安全性不高的问题，提出了一个基于双线性对的前向安全代理签名新方案，改变了目前难以基于双线性对构造前向安全代理签名方案的局面，其密钥更新算法包含多个密码学难题，改变了现有方案其密钥更新算法大多依赖于模合数平方剩余难题等过于单一的现状，从而新方案更安全，而且更高效，分析显示该方案还满足强代理签名的所有安全性质。将前向安全技术引入有代理的多重数字签名中，提出了一个前向安全的有代理的多重数字签名方案。该方案大量引入了预计算，不仅极大地提高了签名和验证的效率，而且安全、高效、适用。还分析了一种前向安全的多重签名方案，指出该方案当签名人的签名私钥泄露后，容易受到伪造攻击，从而不具备前向安全性。给出了一个改进的前向安全多重签名方案，可简化多重签名的过程，提高了签名效率。采用双线性对技术提出了两个高度安全的无证书结构化多重签名方案和无证书带签名者意向的结构化多重签名方案。在这两个方案中，用户的私钥不再由密钥生成中心KGC单独生成，而是改由用户和KGC联合产生，有效地避免了来自KGC的伪造攻击，从而大大增强了方案的安全性。分析显示两个方案均能抵抗任何人（包括KGC）的伪造攻击和合谋攻击。基于CL-PKC提出了两个安全的无证书环签名方案和无证书环代理签名方案。在这两个方案中，用户的私钥由用户和KGC联合产生，其安全性均高于一般的基于身份的环签名方案。分析显示此两个方案均能抵抗任何（包括KGC）伪造攻击，且都满足签名者的无条件匿名性。无证书环代理签名方案还满足强代理签名的所有安全性质。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要工作
• 1.4 全文组织结构
• 2 基于ECC的高效动态门限群签名
• 2.1 门限群签名及其性质
• 2.2 秘密共享
• 2.3 椭圆曲线密码体制
• 2.4 一个基于ECC的高效动态门限群签名方案
• 2.5 本章小结
• 3 前向安全的代理签名
• 3.1 代理签名和前向安全数字签名的形式化定义
• 3.2 若干前向安全代理签名方案及其缺陷分析
• 3.3 一个改进的前向安全的代理签名方案
• 3.4 一个基于双线性对的前向安全的代理签名方案
• 3.5 本章小结
• 4 前向安全的多重签名
• 4.1 多重签名的形式化定义
• 4.2 一个前向安全的多重签名方案及其缺陷分析
• 4.3 一个改进的前向安全的多重数字签名方案
• 4.4 一个前向安全的有代理的多重数字签名方案
• 4.5 本章小结
• 5 无证书的结构化多重签名
• 5.1 结构化多重签名
• 5.2 一个无证书的结构化多重签名方案
• 5.3 一个无证书的带签名者意向的结构化多重签名方案
• 5.4 本章小结
• 6 无证书的环签名
• 6.1 环签名及其安全要求
• 6.2 一个无证书的环签名方案
• 6.3 一个无证书的环代理签名方案
• 6.4 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表论文目录