结构化多重数字签名的研究与应用

论文摘要

随着信息技术的迅速发展，我们已步入信息社会，计算机网络也成为社会赖以生存的基础．当前，计算机网络的安全问题日益突出，信息的安全保密和防伪问题成为人们关注的重要课题。在计算机安全技术的研究中，数字签名是解决信息安全问题的关键技术，其应用已渗透到电子商务、电子政务等众多领域．数字签名是对传统手写签名的模拟，其概念由Diffie和Hellman于1976年最先提出．而多重签名是一种面向团体的特殊数字签名，签名过程有多人参与，主要可分为有序签名方式和广播签名方式．目前提出的多重签名方案大都采用这两种方式之一，缺少两种方式的结合，不能满足实际应用中复杂的签名顺序．近年提出的结构化多重数字签名把有序和广播两种签名方式有效的结合起来，使得签名顺序结构化，从而允许方案采用更为随意和复杂的顺序进行签名．但已有的结构化多重签名方案较少且都存在一些不足之处，尤其是实际应用中的安全和效率问题．因此，如何设计一个安全高效的结构化多重签名方案在实际应用中有很大的研究价值．本文从数字签名的基础理论和实现技术出发，研究和分析了数字签名方案基于的三种主要公钥密码体制和几个典型签名方案，并对多重签名和结构化多重签名的研究现状进行了介绍．随后，本文分析了近年提出的几类结构化多重签名方案，着重探讨了基于ElGamal体制的结构化多重签名，指出方案中存在的内部成员串通进行欺诈抵赖的不安全情况，并给出一个改进方案，通过增加时间戳和可信赖的签名管理中心改善了原方案的安全性，同时，把原方案的两层签名结构扩展为多层结构，使得改进方案更具通用性，适用于各种复杂的签名结构．考虑到方案的实用性，本文还对改进方案涉及的关键算法进行了深入的研究，探讨了参数的选取规则以及各主要算法的原理和实现(包括大随机数生成、素数判定、生成元求解和大整数模运算)，并分析了各算法的效率．

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本文的研究背景和意义
• 1.1.1 信息安全的重要性
• 1.1.2 数字签名在信息安全中的重要作用
• 1.1.3 结构化多重数字签名方案的研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的工作与组织结构
• 第二章 数学基础理论
• 2.1 数论基础
• 2.1.1 素数和唯一分解定理
• 2.1.2 模运算
• 2.1.3 Euler定理与Format定理
• 2.2 抽象代数基础
• 2.2.1 有限域和生成元
• 2.2.2 离散对数问题
• 2.2.3 Lagrange定理及其推论
• 第三章 数字签名方案
• 3.1 公钥密码体制
• 3.1.1 RSA密码体制
• 3.1.2 ElGamal密码体制
• 3.1.3 椭圆曲线密码体制
• 3.2 数字签名技术
• 3.2.1 数字签名的形式化定义
• 3.2.2 数字签名的分类
• 3.2.3 对数字签名的攻击
• 3.3 几种典型的数字签名方案
• 3.3.1 RSA签名方案
• 3.3.2 Rabin签名方案
• 3.3.3 ElGamal签名方案
• 3.3.4 Schnorr签名方案
• 3.3.5 ECDSA签名方案
• 第四章 结构化多重数字签名
• 4.1 多重数字签名和结构化多重数字签名
• 4.1.1 多重签名
• 4.1.2 结构化多重数字签名
• 4.2 几类结构化多重数字签名方案
• 4.2.1 基于ElGamal体制的结构化多重数字签名方案
• 4.2.2 基于RSA体制的结构化多重数字签名方案
• 4.2.3 基于GDH群的结构化多重数字签名方案
• 4.3 ElGamal型结构化多重数字签名方案的安全性分析
• 4.4 改进的结构化多重数字签名方案
• 4.4.1 改进方案
• 4.4.2 与原方案的比较
• 第五章 关键算法的实现
• 5.1 参数的选取
• 5.2 主要算法的原理与实现
• 5.2.1 随机数的生成
• 5.2.2 素数的判定
• 5.2.3 生成元的求解
• 5.2.4 大整数的模运算
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文
• 致谢