适用于突发事件应急响应系统的数字签名和认证

论文摘要

突发事件应急响应系统具有对各种意外事件的准备以及对紧急请求处理的功能,它对于一个组织甚至一个现代化城市都具有显著的重要性。信息安全是当前各个领域广泛研究的问题,它在保证系统功能以及消息时效性的同时,保证系统安全运行。数字签名、身份认证属于密码学的基本概念和基本理论范畴。数字签名是手写签名的电子模拟,由Rivest,Shamir和Adleman提出的。当一方(签名者)对某段消息签名以后,数字签名协议可以确保其他方(验证者)能够确认这个事实。数字签名不仅是密码学中一个非常重要的概念,它也是许多安全协议的重要组成构件。认证技术是网络安全和信息系统安全的第一道屏障,它是在信息安全时代各受关注的一个研究领域,在某种程度上所有其他的安全服务都依赖于它。而基于密码体制的认证,一直是人们研究的重点,有着广泛的应用前景。在线/离线方案是一种旨在提高签名和加密速度的一种方法,它一般分为两个步骤,首先进行离线操作,然后进行在线操作。由于它在实际应用中有着重要作用,其优化以及实现引起我们的关注。目前,在线/离线签名方案还没有广泛应用到实际中,而加密方案还没有论文提出可行方案。本文介绍了突发事件应急响应系统产生以及应用的现状,同时简要说明了一个完整的突发事件应急响应系统应有的体系结构。将椭圆曲线加密与在线/离线方案结合,提出了一种更加高效的基于椭圆曲线密码体制的在线/离线签名方案,而为了更好的保证传输过程中的数据完整性,本文还描述了一种新的快速高效的认证方案,并就工作效率和安全性两个方面给出了详细的同其他现有常用签名和认证方案的比较分析,说明了本文所描述签名和认证方案的优越性。由于该签名和认证方案在执行效率和安全性上的提高,为了能够使应急响应系统对突发事件进行更加快速的响应,缩小事件的影响程度及范围,本文提出可以将他们引入现有突发事件应急响应系统,从而使得系统能够更好地满足在时效性和安全性上的特殊要求,进一步提高了系统的性能。本文也详细阐述了在实际应用中,突发事件应急响应系统中应该如何部署数字签名方案和消息认证方案,并说明了其他可能的扩展功能。最后作者对签名和认证两个子系统进行了初步的设计与实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 相关工作
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.4 论文的安排
• 2 预备知识
• 2.1 应急响应系统
• 2.1.1 系统体系结构
• 2.1.2 应急响应的主要步骤
• 2.2 密码学基础
• 2.3 数字签名基础
• 2.3.1 背景
• 2.3.2 数字签名的概念
• 2.3.3 基于公钥密码的数字签名方案
• 2.3.4 数字签名的安全性
• 2.4 认证
• 2.4.1 身份认证技术的分类
• 2.4.2 单机状态下的身份认证
• 2.4.3 网络环境下的身份认证
• 2.4.4 当前身份认证的研究及应用
• 2.4.5 MAC
• 2.5 本章小结
• 3 一种适用于应急响应系统的签名方案
• 3.1 相关研究
• 3.1.1 单向陷门哈希函数
• 3.1.2 在线/离线签名算法思想
• 3.2 在线/离线签名方案
• 3.2.1 ElGamal 签名方案转换成在线/离线签名方案
• 3.2.2 运用单向陷门hash 函数构造在线/离线签名方案
• 3.3 具体的签名方案
• 3.3.1 方案详述
• 3.3.2 与以往签名方案比较
• 3.3.3 安全性分析
• 3.4 本章小结
• 4 一种更高效的认证方案
• 4.1 UMAC 原理
• 4.2 具体的UMAC 算法
• 4.2.1 UMAC 算法
• 4.2.2 UMAC-32, UMAC-64, UMAC-96 及UMAC-128
• 4.3 效率分析
• 4.3.1 测试数据及测试环境
• 4.3.2 测试结果
• 4.4 安全性分析
• 4.4.1 抗解密性
• 4.4.2 认证标记长度和抗伪造性
• 4.4.3 重放攻击
• 4.5 本章小结
• 5 一种快速的应急响应子系统
• 5.1 引入签名和认证的原因
• 5.2 带数字签名和消息认证的应急响应子系统
• 5.3 数字签名管理子系统
• 5.3.1 我们的在线/离线签名方案与系统的结合
• 5.3.2 方案的实际用途
• 5.3.3 在线/离线签名方案的基于身份的扩展应用
• 5.4 消息认证管理子系统
• 5.4.1 消息认证计算模块
• 5.4.2 认证消息处理模块
• 5.4.3 未认证消息日志模块
• 5.5 系统的设计与实现
• 5.5.1 用例模型
• 5.5.2 类与对象模型
• 5.5.3 流程模型
• 5.5.4 系统实现
• 5.6 本章小结
• 6 结论
• 6.1 论文小结
• 6.2 论文展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文