基于身份環(huán)簽名的研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，人類生活方式發(fā)生了巨大的變化，得到更多的便利，但是，相應(yīng)的信息安全問題也隨之而來?，F(xiàn)代密碼學(xué)已成為信息安全技術(shù)的核心，而數(shù)字簽名是現(xiàn)代密碼學(xué)的基礎(chǔ)和重要保證，在保護(hù)網(wǎng)絡(luò)通信安全方面起著重要的作用。 數(shù)字簽名是對傳統(tǒng)手寫簽名的模擬，在身份識別、數(shù)據(jù)完整性、抗抵賴性等方面具有廣泛的應(yīng)用，特別是在電子商務(wù)、電子政務(wù)等應(yīng)用領(lǐng)域，數(shù)字簽名是其關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著數(shù)字簽名研究的不斷深入，近年來在理論和應(yīng)用研究上

2、相繼出現(xiàn)了許多具有特殊性質(zhì)或特殊功能的數(shù)字簽名，如盲簽名、門限簽名、群簽名、環(huán)簽名、多重簽名和代理簽名等。 環(huán)簽名的概念是2001年由Rivest，Shamir和Tauman三人提出的，環(huán)簽名可以實(shí)現(xiàn)簽名者的無條件匿名性，即任何人都無法追蹤到簽名人的身份，在環(huán)簽名生成過程中，真正的簽名者任意選取一組成員（包含它自身）作為可能的簽名者，用自己的私有密鑰和其它成員的公開密鑰對文件進(jìn)行簽名。簽名者選取的這組成員稱作環(huán)，生成的簽名稱作環(huán)

3、簽名。簽名接收者能證明簽名者是來自環(huán)中的某一個(gè)成員但卻無法確定簽名者的真實(shí)身份。 代理簽名是一種特殊的簽名形式，它是由Mambo，Usudu和Okamoto于1996年首次提出的。在代理簽名中，原始簽名人可以自己的簽名權(quán)利委托給可靠的代理人，讓代理人代表原始簽名者行使簽名權(quán)利。 代理環(huán)簽名是代理簽名與環(huán)簽名的結(jié)合，在代理簽名方案里，有關(guān)代理簽名者的隱私保護(hù)問題在許多應(yīng)用場合都非常重要?？紤]如下場景：一個(gè)原始簽名者將自己的

4、簽名權(quán)委托給一個(gè)可靠代理人的集合，集合中的任何人都可以代表原始簽名人進(jìn)行簽名。比如董事長將簽名權(quán)委托給董事會，董事會成員代表董事長進(jìn)行匿名簽名。為了解決這種需求，Zhang等結(jié)合代理簽名與環(huán)簽名，提出代理環(huán)簽名的概念，并給出第一個(gè)基于身份的代理環(huán)簽名方案，隨后Amit等提出另一個(gè)基于身份代理環(huán)簽名方案。代理環(huán)簽名允許一個(gè)原始簽名者將他的簽名權(quán)力授權(quán)給一組代理簽名者，之后這組代理簽名者中任何一個(gè)成員可以代表原始簽名者對消息進(jìn)行簽名，并且保

5、證自己身份的匿名性，代理環(huán)簽名很好的解決了代理簽名者隱私保護(hù)問題。 指定驗(yàn)證者簽名的概念在1996年由Jakobsson，Sako和Impagliazzo首次提出。在一個(gè)指定驗(yàn)證者簽名方案中，只有指定的簽名者可以驗(yàn)證簽名并確認(rèn)該簽名來自某個(gè)環(huán)成員，由于指定驗(yàn)證者的公鑰和簽名者的公鑰都包含在簽名驗(yàn)證過程中，所以指定驗(yàn)證者可以模擬生成有效簽名，該簽名與實(shí)際簽名者生成的簽名無法區(qū)分，所有人都可以驗(yàn)證該模擬簽名，但是除了指定驗(yàn)證者，沒有

6、人可以確定該簽名來自環(huán)成員還是指定驗(yàn)證者，但是任何人都可以確定只有兩個(gè)潛在的簽名者，一旦簽名在指定驗(yàn)證者接收前被第三方在線劫獲，就可以確定該簽名由原始簽名者生成。為了避免這種風(fēng)險(xiǎn)，Saeednia，Kramer和Markovitch在2003年具體提出了強(qiáng)指定驗(yàn)證者的概念，即任何人都能生成一個(gè)具有相同分布的副本，使之與原始簽名不能區(qū)分。簽名者利用指定驗(yàn)證者的公鑰對簽名進(jìn)行加密，或者將指定驗(yàn)證者的公鑰包含在簽名生成算法中，這樣只有指定驗(yàn)證

7、者可以使用自身私鑰對簽名進(jìn)行驗(yàn)證。 本文主要針對當(dāng)前環(huán)簽名相關(guān)方案和應(yīng)用進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和研究，取得的主要工作成果歸納如下： ●對環(huán)簽名的研究熱點(diǎn)及研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，對具有不同性質(zhì)的環(huán)簽名（門限環(huán)簽名、關(guān)聯(lián)環(huán)簽名、可否認(rèn)環(huán)簽名、可撤銷匿名性環(huán)簽名等）和各種基于環(huán)簽名的數(shù)字簽名形式（代理環(huán)簽名、盲環(huán)簽名、環(huán)簽密等）的性質(zhì)和研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡單介紹。 ●將代理簽名與環(huán)簽名相結(jié)合，以雙線性對為基礎(chǔ)，提出一個(gè)高效的基于身份

8、代理環(huán)簽名方案。與Zhang方案和Amit方案相比較，新方案將計(jì)算消耗最大的雙線性對運(yùn)算次數(shù)從O（n）降到了O（1），大大降低了運(yùn)算量，具有更高的計(jì)算效率。我們證明本方案滿足簽名者匿名性、可驗(yàn)證性、不可否認(rèn)性和可區(qū)分性。并在隨機(jī)預(yù)言模型下基于CDHP難解問題，利用環(huán)簽名分叉引理證明了新方案的簽名不可偽造性。 ●給出一個(gè)強(qiáng)指定驗(yàn)證者環(huán)簽名方案的基本模型，提出一個(gè)高效的基于身份的強(qiáng)指定驗(yàn)證者環(huán)簽名方案。在隨機(jī)預(yù)言模型下證明了該方案滿

9、足簽名不可偽造性、對指定驗(yàn)證者的簽名匿名性和對第三方的簽名匿名性，同時(shí)分析了該方案的計(jì)算效率，與同類方案相比較，新方案在保證安全性的前提下，效率更高。 ●對一個(gè)基于身份的環(huán)簽名方案和一個(gè)基于身份的環(huán)簽密方案進(jìn)行安全性分析，提出有效的攻擊算法，即通過尋找簽名算法中的陷門信息，并結(jié)合環(huán)成員公鑰進(jìn)行環(huán)成員窮舉等式驗(yàn)證的方式，來確定實(shí)際簽名者的身份，證明兩個(gè)方案都不滿足簽名者無條件匿名性，指出一個(gè)安全的環(huán)簽名算法必須按照Adam Ben

10、der定義來實(shí)現(xiàn)簽名者的無條件匿名性。 ●基于一個(gè)基于身份的環(huán)簽名方案、盲簽名和多重驗(yàn)證技術(shù)，并結(jié)合RSA密碼系統(tǒng)，提出了一個(gè)完備的匿名電子投票方案，可以實(shí)現(xiàn)合法簽名者身份的無條件匿名性，并能防止選票信息中途泄露，較好的避免了選票碰撞、投票人欺詐、投票機(jī)構(gòu)欺騙或聯(lián)合欺騙等非法行為。 下一步的研究工作包括： ●設(shè)計(jì)具有更高可證安全性的環(huán)簽名方案，改進(jìn)安全性證明方法。不僅僅在隨機(jī)預(yù)言模型中證明其安全性，還要在標(biāo)準(zhǔn)模型