基于单向Hash链的前向安全数字签名方案研究

论文摘要

在数字签名体制中,签名密钥的安全性是一个非常重要的核心问题。在传统数字签名体制中,一旦密钥被泄露,则不仅当前的数字签名安全性受到威胁,而且以前的数字签名的安全性也不能保证,势必导致原来签署的所有签名都作废。因此,密钥泄露严重威胁着数字签名体系的安全。如何利用密码学的方法来减少密钥泄露的可能性,以及密钥泄露时,如何降低其对系统造成的危害,是一直以来研究人员十分关注的研究工作。门限数字签名体制、动态门限数字签名体制、前向安全签名体制、强前向安全签名方案、密钥绝缘签名体制、入侵弹性签名体制等都是关于密钥安全方面十分重要的工作。本文重点研究前向安全签名体制。与传统数字签名相比,前向安全签名方案能够保证密钥泄露之前签名的安全性,有效降低了因密钥泄露而造成的损失。但是,前向安全签名方案普遍存在一个缺陷就是无法保证密钥泄露后未来时段签名的安全性,以及缺乏密钥泄露后的及时发现机制。本文基于单向Hash链技术,对两种典型的前向安全签名方案进行了改进,首次提出了一种新的前向安全签名方案,有效解决了前向安全技术存在的缺陷。另外,我们研究分析已有的前向安全代理签名方案都无法保证代理签名人密钥泄露之后时间段代理签名的安全性,也没有提供密钥泄露后的检测机制。本文首次提出了基于单向Hash链的、改进的前向安全代理签名方案,解决了一般前向安全代理签名方案存在的上述问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 本文的研究内容及贡献
• 1.3 本文的组织结构
• 第二章 数字签名及单向Hash 链
• 2.1 数字签名概述
• 2.1.1 数字签名的概念
• 2.1.2 数字签名的定义
• 2.1.3 数字签名的分类
• 2.2 经典数字签名算法分析
• 2.2.1 RSA 数字签名算法
• 2.2.2 ElGamal 型数字签名算法
• 2.2.3 Schnorr 数字签名算法
• 2.2.4 数字签名标准（DSS）
• 2.3 代理数字签名
• 2.3.1 代理数字签名的概念及定义
• 2.3.2 代理签名的安全性要求
• 2.3.3 代理签名的分类
• 2.4 单向Hash 函数及Hash 链
• 2.4.1 单向Hash 函数的概念
• 2.4.2 常用Hash 函数介绍
• 2.4.3 单向Hash 链
• 第三章 前向安全数字签名方案研究
• 3.1 前向安全概念的提出
• 3.2 前向安全数字签名的一般构建
• 3.2.1 前向安全数字签名的形式化定义
• 3.2.2 前向安全数字签名的特点
• 3.3 典型的前向安全数字签名方案分析研究
• 3.3.1 具体方案--修改特定的签名方案
• 3.3.2 通用方案--把一般的签名方案作为一个“黑盒子”
• 3.4 前向安全数字签名体制的研究进展及研究方向
• 3.5 前向安全签名方案存在的问题及已提出的解决方案
• 3.6 已提出的解决方案分析
• 3.6.1 强前向安全签名方案
• 3.6.2 密钥绝缘签名方案
• 3.6.3 入侵弹性签名方案
• 3.6.4 已提出方案存在的问题
• 第四章 改进的前向安全数字签名方案
• 4.1 单向Hash 链的引入
• 4.2 改进方案I：对Abdalla-Reyzin 方案的改进
• 4.2.1 改进方案描述
• 4.2.2 签名验证可行性证明
• 4.3 改进方案II：对Itkis-Reyzin 方案的改进
• 4.3.1 改进方案描述
• 4.3.2 签名验证可行性证明
• 4.4 改进方案分析
• 4.4.1 与原方案比较
• 4.4.2 后向安全性和密钥泄露检测功能分析
• 4.4.3 效率分析与比较
• 第五章 改进的前向安全代理数字签名方案
• 5.1 代理签名方案的研究现状
• 5.2 前向安全技术与代理签名相结合的必要性分析
• 5.3 改进的前向安全代理签名方案
• 5.3.1 单向Hash 链的引入
• 5.3.2 方案描述
• 5.4 本方案与文献[62]中方案比较
• 5.5 本方案分析
• 5.5.1 签名验证可行性证明
• 5.5.2 满足的安全性要求分析
• 5.5.3 前向安全性分析
• 5.5.4 强前向安全性和密钥泄露检测功能分析
• 第六章 结论
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢