前向安全数字签名技术的分析与研究

论文摘要

随着计算机和网络技术的飞速发展,信息安全已经成为信息社会亟需解决的重要问题之一。现代密码学作为信息安全技术的核心,在全球范围内得到了越来越广泛的重视。提供认证性、完整性和不可否认性的数字签名技术是现代密码学主要研究内容之一,也是安全电子商务和安全电子政务的关键技术之一。随着电子签名法的实施,数字签名技术的应用将会更加普遍。面对电子商务各种各样的应用背景,研究具有不同特色的数字签名技术更具现实意义。前向安全数字签名是信息安全风险控制的主要措施之一,也是目前密码学研究的热点和数字签名的重要研究内容。其本质是数字签名安全的风险控制,将由于签名密钥被盗后所造成的对系统安全的影响和损失尽可能降低到最小。本文比较系统地对数字签名理论、方法和应用进行了讨论,重点研究了前向安全数字签名方案的安全性分析与构建;通过将前向安全特性和盲签名基本思想融为一体,设计新型的前向安全盲签名方案。本文主要取得了以下三方面的研究成果:1.指出一类基于模m的n方根难题的前向安全数字签名方案存在的安全漏洞,进而总结出攻击者成功伪造有效签名的本质原因,并针对其中两种方案进行了改进。根据数字签名所基于的困难性问题,利用当前私钥或与当前私钥有关的信息进行签名,使得改进方案真正具有前向安全性和较强的抗伪造性,有效地提高了签名的速度。改进方法同样适用于此类基于模m的n方根难题的其他签名方案,对于进一步设计具有实际应用价值的前向安全特殊数字签名方案也有一定的借鉴意义。2.基于ElGamal签名体制设计了一种前向安全弱盲签名方案和一种前向安全强盲签名方案。两种方案均通过提出的一个相关因子的新概念辅助私钥进化,将当前进化私钥隐藏且转化为随机的实际签名私钥进行签名,使得各个时段的签名真正加入了该时段的相关信息,确保了私钥和整个签名方案的前向安全性,相关因子作为签名的重要组成部分且参与验证过程。两种方案的安全性均基于有限域上求解离散对数的困难问题,与以往的盲签名方案相比,增加了前向安全特性,对盲签名的有效时间进行了控制,不仅分别具有弱盲性或强盲性,还同时具有较强的抗伪造性。3.利用椭圆曲线上的Weil配对的双线性性质构造了一种新的基于椭圆曲线的前向安全强盲签名方案。方案的安全性建立在目前还没有有效攻击方法的有限域上非超奇异椭圆曲线离散对数困难问题之上。新方案具有前向安全性、强盲性和抗伪造性等性质,在椭圆曲线密码体制下有效地确保了签名算法的安全性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 数字签名研究背景与意义
• 1.1.1 信息安全的重要性及关键技术
• 1.1.2 密码学概述
• 1.1.3 数字签名技术的重要意义
• 1.2 数字签名研究现状及应用情况
• 1.3 选题依据及意义
• 1.4 主要贡献和创新之处
• 1.5 本文组织与结构
• 1.6 本章小结
• 第2章 数字签名体制
• 2.1 公钥密码体制
• 2.1.1 公钥密码体制的提出
• 2.1.2 公钥密码体制的构建
• 2.2 数字签名基本理论
• 2.2.1 数字签名概念的提出
• 2.2.2 数字签名的形式化定义与特性
• 2.2.3 数字签名的分类
• 2.2.4 具有特殊性质的数字签名
• 2.2.5 基本的数字签名方案
• 2.3 数字签名的安全性
• 2.3.1 计算复杂性与密码学的安全性
• 2.3.2 攻击模型
• 2.3.3 数字签名安全性所基于的单向函数
• 2.3.4 数字签名安全性所基于的困难性问题
• 2.3.5 数字签名的可证明安全性理论
• 2.4 前向安全数字签名的相关知识
• 2.4.1 前向安全问题的提出
• 2.4.2 前向安全数字签名的研究进展
• 2.4.3 前向安全数字签名的基本思想
• 2.4.4 前向安全数字签名的一般构建
• 2.4.5 前向安全数字签名的几种解决方案
• 2.5 盲签名的相关知识
• 2.5.1 盲签名的定义
• 2.5.2 盲签名的基本实现
• 2.5.3 盲签名的分类
• 2.6 本章小结
• 第3章 一类基于模m 的n 方根的前向安全数字签名方案的研究
• 3.1 引言
• 3.2 模m 的n 方根问题
• 3.3 一类基于模m 的n 方根的前向安全数字签名方案及安全性分析
• 3.3.1 基于ElGamal 体制的前向安全签名方案与分析
• 3.3.2 前向安全可证实签名方案与分析
• 3.3.3 前向安全强代理签名方案与分析
• 3.3.4 基于椭圆曲线的前向安全签名方案与分析
• 3.3.5 基于椭圆曲线密码体制的前向安全签名方案与分析
• 3.3.6 强前向安全代理签名方案与分析
• 3.4 密钥泄漏的根本原因分析
• 3.5 对基于ElGamal 体制的前向安全签名方案的改进与分析
• 3.5.1 改进方案
• 3.5.2 方案性能分析
• 3.6 对基于椭圆曲线的前向安全签名方案的改进与分析
• 3.6.1 改进方案
• 3.6.2 方案安全性分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 基于ElGamal 体制的前向安全盲签名方案
• 4.1 引言
• 4.2 方案所用参数及实现过程图
• 4.3 基于ElGamal 体制的前向安全弱盲签名方案
• 4.3.1 方案介绍
• 4.3.2 方案安全性分析
• 4.4 基于ElGamal 体制的前向安全强盲签名方案
• 4.4.1 方案介绍
• 4.4.2 方案安全性分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于椭圆曲线的前向安全强盲签名方案
• 5.1 引言
• 5.2 椭圆曲线上的双线性配对函数
• 5.2.1 双线性配对函数的定义
• 5.2.2 双线性配对函数所基于的困难性问题
• 5.2.3 双线性配对函数的研究进展
• 5.3 方案介绍
• 5.4 方案安全性分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 结束语
• 6.1 研究总结
• 6.2 进一步研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表及录用的论文、参与项目和主持项目情况
• 攻读硕士学位期间参加的学术会议和研讨班