环签名及其应用的研究

论文摘要

数字签名作为保证信息完整性和进行身份认证的重要工具,己成为信息安全领域的一项关键技术。在现实环境中,为适应不同应用的需要,产生了许多特种签名方案,如:群签名、环签名、盲签名、代理签名、门限签名等。其中,环签名以其可以实现签名人完全匿名性的特性,成为近年密码学界的研究热点。近来,随着对环签名研究的不断深入,基于环签名的应用也日益涌现。在环签名研究取得许多重要成果的同时,仍有许多公开问题急待解决,如:环签名大小与环成员个数成正比的问题,环签名中存在的密钥泄露问题等。本文以解决这些问题为切入,以提高效率和结合应用为出发点,对简短环签名、前向安全环签名、关联环签名、可否认环签名和环签密进行了研究。本文首先综述了环签名的研究进展。以环签名的发展为线索,从环签名的基本概念、环签名的分类(包括门限环签名、关联环签名、可撤销匿名的环签名、可否认的环签名等)、环签名的应用等方面进行了研究。并总结了环签名领域存在的问题及进一步的研究方向。在对已有环签名方案进行了系统研究的基础上,采用单向累加器技术提出了可证安全的简短环签名方案,并将其用于构造高效的多方同时生效签名协议。该方案解决了环签名中存在的签名长度与环成员个数线性成正比的公开问题。为了解决环签名存在的密钥泄露问题,采用了前向安全理论,并基于环Z_n上圆锥曲线的性质,如明文嵌入、阶的计算、点的运算及在圆锥曲线中逆元计算十分容易等,构造了前向安全的环签名方案。此外,基于双线性对,构造了在标准模型下可证安全的前向安全环签名方案。在将环签名与群签名比较研究之后,构造了简短的关联环签名方案,并提出了基于该方案的公平电子现金协议。此外,首次采用关联环签名和盲环签名设计了公平的多银行电子现金协议。该协议既可以避免基于群签名的电子现金协议存在的成员撤销问题,还可以追踪重复花费者的身份,保护发币银行的匿名性,防止银行间的不正当竞争。采用简短环签名方案,并结合基于身份的Chameleon哈希函数,构造了安全、高效的可否认环签名方案。与已有的可否认环认证方案相比,该方案是唯一一个既满足可否认环认证需求,且签名大小不依赖于环成员个数的方案。利用无证书密码系统的优点,提出了一种可验证的无证书环签密方案模型,并基于双线性对构造了具体方案。该方案使用无证书密码系统生成用户密钥,在达到数据保密性和认证性的同时,消息的发送者可以完全匿名地发送消息,并且在需要证实签密人身份的时候,可以公开验证其身份。最后,总结论文工作,提出了需继续研究的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 环签名的研究现状
• 1.2.1 环签名基本概念
• 1.2.2 环签名的分类与述评
• 1.2.3 具有特殊性质的环签名
• 1.2.4 环签名的应用
• 1.2.5 存在问题及研究方向
• 1.3 论文的主要工作
• 1.4 论文的组织结构
• 第2章 基础理论与基本工具
• 2.1 代数学基础
• 2.2 数论基础
• 2.3 单向函数和 Chameleon哈希函数
• 2.3.1 单向函数
• 2.3.2 Chameleon哈希函数
• 2.4 哈希函数和随机预言模型
• 2.4.1 哈希函数
• 2.4.2 随机预言机
• 2.5 公钥密码系统
• 2.5.1 基于身份的密码系统
• n上的圆锥曲线密码系统'>2.5.2 环 Z_n上的圆锥曲线密码系统
• 2.5.3 无证书密码系统
• 2.5.4 XTR公钥密码系统
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于身份的简短环签名方案研究
• 3.1 基本概念
• 3.1.1 双线性对和安全假设
• 3.1.2 单向累加器
• 3.2 基于身份的简短环签名方案
• 3.2.1 基于身份的简短环签名方案模型
• 3.2.2 方案的构造
• 3.2.3 安全性分析
• 3.3 简短环签名在公平交换协议中的应用
• 3.3.1 基于简短环签名的多方同时生效签名协议模型
• 3.3.2 协议的构造
• 3.3.3 安全性分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 前向安全环签名方案的设计与分析
• 4.1 前向安全的数字签名
• 4.2 前向安全环签名方案模型
• n上圆锥曲线的前向安全环签名方案'>4.3 环 Z_n上圆锥曲线的前向安全环签名方案
• 4.3.1 方案的构造
• 4.3.2 安全性分析
• 4.4 标准模型下基于双线性对的前向安全环签名方案
• 4.4.1 相关定义
• 4.4.2 方案的构造
• 4.4.3 安全性分析
• 4.4.4 性能分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 关联环签名在电子现金协议中的应用研究
• 5.1 基本概念
• 5.1.1 关联环签名
• 5.1.2 盲环签名
• 5.2 基于身份的简短关联环签名方案
• 5.2.1 基于身份的简短关联环签名方案模型
• 5.2.2 方案的构造
• 5.2.3 安全性分析
• 5.3 基于 SLRS-BP的公平电子现金协议
• 5.4 基于 XTR环签名的多银行电子现金协议
• 5.5 本章小结
• 第6章 可否认环签名方案的设计与分析
• 6.1 可否认的认证
• 6.2 可否认环签名方案安全模型
• 6.3 基于身份的可否认环签名方案
• 6.4 安全性分析
• 6.5 性能分析
• 6.6 本章小结
• 第7章 基于无证书密码系统的环签密方案研究
• 7.1 签密理论
• 7.2 可验证无证书环签密方案模型
• 7.3 基于双线性对的可验证无证书环签密方案
• 7.4 安全性分析
• 7.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢