專利名稱：基于身份標(biāo)識(shí)的企事業(yè)電子簽名方法及可信任系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及信息安全領(lǐng)域一種數(shù)字簽名技術(shù)。
二背景技術(shù)：
在計(jì)算機(jī)通信中，通信的各方需要對(duì)他們的提案或聲明負(fù)責(zé)，數(shù)字簽名滿足這種要求。 數(shù)字簽名是通過(guò)一個(gè)單向函數(shù)對(duì)要傳送的報(bào)文進(jìn)行處理得到的，用以認(rèn)證報(bào)文來(lái)源并核實(shí)報(bào) 文是否發(fā)生變化的一個(gè)字母數(shù)字串。數(shù)字簽名技術(shù)在具體工作時(shí)，首先發(fā)送方對(duì)信息施以數(shù) 學(xué)變換，這一個(gè)過(guò)程稱為加密，所得的信息與原信息惟一對(duì)應(yīng)；在接收方進(jìn)行逆變換，稱為 解密，得到原始信息。只要數(shù)學(xué)變換方法優(yōu)良，變換后的信息在傳輸中就具有很強(qiáng)的安全性， 很難被破譯、墓改。
數(shù)字簽名可以解決否認(rèn)、偽造、篡改及冒充等問(wèn)題。具體要求發(fā)送者事后不能否認(rèn)發(fā)
送的報(bào)文簽名、接收者能夠核實(shí)發(fā)送者發(fā)送的報(bào)文簽名、接收者不能偽造發(fā)送者的報(bào)文簽名、 接收者不能對(duì)發(fā)送者的報(bào)文進(jìn)行部分墓改、網(wǎng)絡(luò)中的某一用戶不能冒充另一用戶作為發(fā)送者 或接收者。
實(shí)現(xiàn)數(shù)字簽名有很多方法，目前一般采用公鑰加密體制。這一體制的最大特點(diǎn)是加密和
解密采用兩個(gè)不同的密鑰 一個(gè)密鑰公開(kāi)作為加密的密碼，稱之為公鑰； 一個(gè)密鑰為用戶專 用，作為解密密碼，稱之為私鑰。通信雙方無(wú)須事先交換密鑰就可進(jìn)行保密通信，要從公鑰 或密文分析出明文或私鑰，在計(jì)算上是不可行的。若以公鑰作為加密密鑰，私鑰作為解密密 鑰，則可實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶加密的消息只能由一個(gè)用戶解讀反之，以私鑰作為加密密鑰，而以 公鑰作為解密密鑰，則可實(shí)現(xiàn)由一個(gè)用戶加密的消息可使多個(gè)用戶解讀。前者可用于保密通 信，后者可用于數(shù)字簽名。
公鑰基礎(chǔ)設(shè)施的系統(tǒng)中最關(guān)鍵的問(wèn)題就是如何實(shí)現(xiàn)密鑰管理。具體來(lái)說(shuō)，由于公鑰機(jī)制 涉及公鑰和私鑰，私鑰由用戶自己保管，而公鑰則為公開(kāi)的，可在網(wǎng)上進(jìn)行傳送。因此，公 鑰體制的密鑰管理主要是公鑰的管理問(wèn)題，目前普遍采用的解決方案是證書(shū)機(jī)制，由認(rèn)證中 心CA,作為具有權(quán)威性和公正性的第三方信任機(jī)構(gòu)，提供用戶公鑰的數(shù)字證書(shū)。然而，由可 信任的第三方機(jī)構(gòu)CA來(lái)解決公鑰管理并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題。CA采用公鑰基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)架 技術(shù)，需要專門提供網(wǎng)絡(luò)身份認(rèn)證服務(wù)，負(fù)責(zé)簽發(fā)和管理數(shù)字證書(shū)。同時(shí)還需要負(fù)責(zé)在證書(shū) 發(fā)布后證書(shū)生命周期所有方面的管理，包括跟蹤證書(shū)狀態(tài)，并且在證書(shū)需要撤銷時(shí)發(fā)布證書(shū) 撤銷通知等等問(wèn)題。因此，為解決基于公鑰基礎(chǔ)設(shè)施中的密鑰管理問(wèn)題，Shamirl21在1984 年提出了基于身份的公鑰密碼系統(tǒng)。在基于身份的公鑰密碼系統(tǒng)中，用戶的公鑰不再是無(wú)意 義的隨機(jī)字符串，而是具有特定意義的用戶姓名、地址等用戶身份信息。而對(duì)應(yīng)的用戶私鑰 則是通過(guò)一個(gè)可信任的私鑰生成中心根據(jù)用戶身份信息計(jì)算出來(lái)的，再通過(guò)安全信道傳送到 用戶手中。因此，基于身份的公鑰密碼系統(tǒng)與傳統(tǒng)的基于公鑰基礎(chǔ)設(shè)施的系統(tǒng)相比，簡(jiǎn)化了 密鑰管理問(wèn)題，特別適合一個(gè)組織內(nèi)部，小型社區(qū)等應(yīng)用場(chǎng)合。所以，基于身份的數(shù)字簽名技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注，基于身份的數(shù)字簽名方法大量涌現(xiàn)。
但是，現(xiàn)有的大部分基于身份的方法都是基于Weil或者Tate對(duì)配對(duì)實(shí)現(xiàn)的。由于配對(duì) 需要很大的計(jì)算量，因此，構(gòu)造無(wú)霈配對(duì)的基于身份的數(shù)字簽名方法是目前的研究熱點(diǎn)。盡 管已有無(wú)需配對(duì)的實(shí)現(xiàn)的密碼方法，但是還沒(méi)有真正基于大整數(shù)分解的身份簽名方法。第一 個(gè)基于身份的數(shù)字簽名方法是由Shamir在1984年提出的，該方法的安全性是基于RSA假 設(shè)，而RSA假設(shè)的問(wèn)題并不等于大整數(shù)分解問(wèn)題。之后，Cock利用二次剩余構(gòu)造了一個(gè)基 于身份的加密方法，但沒(méi)有給出簽名方法。近幾年，Lee和Liao也提出了無(wú)需配對(duì)的身份數(shù) 字簽名，但他們的方法是基于離散對(duì)數(shù)問(wèn)題的，而不是分解問(wèn)題。這些提出的方法都沒(méi)有提 供可證安全的保證，所以我們構(gòu)造了可證安全的基于整數(shù)分解問(wèn)題的身份簽名方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在利用二次剩余的基礎(chǔ)上構(gòu)造了無(wú)需配對(duì)的基于身份的密碼方法，提出了一種具 體的企事業(yè)內(nèi)部電子簽名方法，并以此為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)可信任系統(tǒng)。該方法分四個(gè)步驟，分別是 初始化步驟(以下用Setup表示)、私鑰生成步驟(以下用Extract表示)、簽名步驟(以下 用Sign表示)和驗(yàn)證步驟(以下用Verify表示)。 3.1初始化步驟Setup
Setup(k，l):接收輸入安全參數(shù)(k^l),該初始化算法由可信任中心按照如下步驟執(zhí)行
1. 生成兩個(gè)隨機(jī)大素?cái)?shù)p-2p' +l，q=2q' +1，其中p'和q'也是大素?cái)?shù),滿足2 k"《(p-l)(q-l) 和pq〈2k，然后計(jì)算N-pXq。
2. 選擇aEZ*N (Z、表示1到N之間與N互素的元素構(gòu)成的模N乘法群)，要求a的模N雅 可比符號(hào)等于-l。
3. 計(jì)算d=(N-p-q+5) /8.
4. 選擇兩個(gè)單向哈希函數(shù)h,0: (0,1) Z^和h2(): {0,1} {0,1}'。 該算法執(zhí)行完后，可信任中心的主密鑰為MK-(p，q， p' ， q' ，d)，公開(kāi)參數(shù)為PM =
(N, h, (), h2 (), a， 1)。 3.2私鑰生成步驟Extract
Extract(ID, MK, PM):給定用戶身份信息ID,該私鑰生成算法由可信任中心運(yùn)行， 計(jì)算用戶的私鑰Sro和對(duì)應(yīng)標(biāo)簽(Cl，c2 ) E {0,1} 2如下
1. 計(jì)算q。如果h, (ID)的模N雅可比符號(hào)為l, c,=0 ;如果h, (ID)的模N雅可比符 號(hào)為-l， Cl = l。
2. 計(jì)算h=ael*h, (ID)和C2，如果h的模p和模q雅可比符號(hào)都為1, c2=0 ;如果h的 模P和模q雅可比符號(hào)都為-l, c2=l。令H (ID) =(-l)c2' ael'h, (ID),則H (ID) 是模N下的二次剩余，即H (ID) EQN。實(shí)際上，H ()可認(rèn)為是一個(gè)映射到二次剩余 群的哈希函數(shù)H (): {0,1} QN。
3. 計(jì)算H (ID)的2|次根811)= (H (ID) d) ' mod NSm滿足((SID) 2) '-H (ID) modN。 執(zhí)行完該算法后，可信任中心將用戶私鑰S,D以及標(biāo)簽(C|,c2)交給用戶。 3.3簽名步驟Sign
Sign (M, SID, Cl, c2, PM):該簽名算法由用戶執(zhí)行，按照如下操作對(duì)消息M簽名
1. 隨機(jī)選取rez^ ，計(jì)算R- (r2) 'modN。
2. 計(jì)算o-lh (R, M)。
3. 計(jì)算Z=r ( S1D) ° modN
執(zhí)行完后輸出簽名sig= (Z, o, ID, c,, c2)。 3. 4驗(yàn)證步驟Verify
Verfy (PM, sig):給定一個(gè)對(duì)于消息M的簽名(Z, ID, Cl， c2),該簽名驗(yàn)證算法如 下步驟檢驗(yàn)簽名的合法性
1. 計(jì)算H (ID) =(-l)c2' acl h,(ID)modN.
2. 檢査等式o-h" (Z2) '/H' (ID), M)是否成立。如果等式成立，輸出"簽名有效"，否 則輸出"簽名無(wú)效"。
四

附圖1是企事業(yè)單位內(nèi)部電子簽名流程圖。
五具體實(shí)施例方式
首先在企事業(yè)單位內(nèi)部構(gòu)建局域網(wǎng)，并建立可信任中心作為服務(wù)器。用戶通過(guò)局域網(wǎng)進(jìn) 行注冊(cè)，由可信任中心對(duì)用戶和已簽名文件進(jìn)行管理(如附圖1所示)。 5.1服務(wù)器
企事業(yè)單位內(nèi)部建立可信任中心作為服務(wù)器?？尚湃沃行睦蒙鲜龀跏蓟襟ESetup建 立主密鑰，再利用私鑰生成步驟Extract為用戶生成私鑰，并將用戶身份信息、私鑰等相關(guān) 信息組成電子印章固化成Ukey交由用戶保存。可信任中心將用戶已簽名文件保存在安全數(shù) 據(jù)庫(kù)中進(jìn)行管理。 5.2客戶端
用戶在客戶端憑指紋信息利用Ukey中的私鑰對(duì)文檔進(jìn)行簽名，并將已簽名文件存放到 可信任中心。
權(quán)利要求
1、一種基于身份標(biāo)識(shí)的適用于企事業(yè)單位內(nèi)部的電子簽名方法，其特征在于，利用二次剩余的基礎(chǔ)上構(gòu)造了無(wú)需配對(duì)的基于身份標(biāo)識(shí)的數(shù)字簽名方法，該方法由四個(gè)步驟組成初始化步驟Setup、私鑰生成步驟Extract、簽名步驟Sign和驗(yàn)證步驟Verify。初始化步驟Setup，分四步完成(1)生成兩個(gè)隨機(jī)大素?cái)?shù)p＝2p′+1，q＝2q′+1，其中p′和q′也是大素?cái)?shù)，滿足2k-1≤(p-1)(q-1)和pq＜2k，然后計(jì)算N＝p×q；(2)選擇a∈Z＊N，要求a的模N雅可比符號(hào)等于-1；(3)計(jì)算d＝(N-p-q+5)/8；(4)選擇兩個(gè)單向哈希函數(shù)h1(){0，1}*→Z＊N和h2(){0，1}*→{0，1}t.該算法執(zhí)行完后，可信任中心的主密鑰為MK＝(p，q，p′，q′，d)，公開(kāi)參數(shù)為PM＝(N，h1()，h2()，a，l)。私鑰生成步驟Extract(ID，MK，PM)給定用戶身份信息ID，該私鑰生成算法由可信任中心運(yùn)行，計(jì)算用戶的私鑰SID和對(duì)應(yīng)標(biāo)簽(c1，c2)∈{0，1}2，具體步驟如下(1)計(jì)算c1。如果h1(ID)的模N雅可比符號(hào)為1，c1＝0；如果h1(ID)的模N雅可比符號(hào)為-1，c1＝1；(2)計(jì)算h＝ac1·h1(ID)和c2，如果h的模p和模q雅可比符號(hào)都為1，c2＝0；如果h的模p和模q雅可比符號(hào)都為-1，c2＝1。令H(ID)＝(-1)c2·ac1·h1(ID)，則H(ID)是模N下的二次剩余，即H(ID)∈QN。實(shí)際上，H()可認(rèn)為是一個(gè)映射到二次剩余群的哈希函數(shù)H(){0，1}*→QN。(3)計(jì)算H(ID)的21次根SID＝(H(ID)d)1mod N，SID滿足((SID)2)1＝H(ID)mod N；(4)執(zhí)行完該算法后，可信任中心將用戶私鑰SID以及標(biāo)簽(c1，c2)交給用戶。簽名步驟Sign(M，SID，c1，c2，PM)由用戶執(zhí)行，按照如下操作對(duì)消息M簽名(1)隨機(jī)選取r∈Z＊N，計(jì)算R＝(r2)1modN；(2)計(jì)算σ＝h2(R，M)；(3)計(jì)算Z＝r(SID)omodN。執(zhí)行完后輸出簽名sig＝(Z，σ，ID，c1，c2)。驗(yàn)證步驟Verify(PM，sig)對(duì)給定一個(gè)對(duì)于消息M的簽名(Z，ID，c1，c2)按如下步驟檢驗(yàn)簽名的合法性(1)計(jì)算H(ID)＝(-1)c2·ac1·h1(ID)modN；(2)檢查等式σ＝h2((Z2)1/Ho(ID)，M)是否成立。如果等式成立，輸出“簽名有效”，否則輸出“簽名無(wú)效”。
2、一種如權(quán)利要求1所述的電子簽名方法構(gòu)建企事業(yè)單位內(nèi)部可信任系統(tǒng)，利用初始化Setup 步驟建立主密鑰，再利用私鑰生成步驟Extract為用戶生成私鑰，并將用戶身份信息、私 鑰等相關(guān)信息組成電子印章固化成Ukey交由用戶保存。用戶在客戶端憑指紋信息利用 Ukey中的私鑰和Sign方案對(duì)文檔進(jìn)行簽名和驗(yàn)證。
全文摘要
基于身份標(biāo)識(shí)的企事業(yè)電子簽名方法及可信任系統(tǒng)，本發(fā)明涉及信息安全領(lǐng)域一種數(shù)字簽名技術(shù)，它將為企事業(yè)單位的信息平臺(tái)提供一整套安全、可靠的解決方法。本發(fā)明在利用二次剩余的基礎(chǔ)上構(gòu)造了無(wú)需配對(duì)的基于身份的密碼方法，該方法分四個(gè)步驟，分別是初始化步驟Setup、私鑰生成步驟Extract、簽名步驟Sign和驗(yàn)證步驟Verify。基于上述密碼方案，提出了一種具體的企事業(yè)內(nèi)部電子簽名方法，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)造可信任系統(tǒng)，利用Setup建立主密鑰，再利用Extract為用戶生成私鑰，并將用戶身份信息、私鑰等相關(guān)信息組成電子印章固化成Ukey交由用戶保存。用戶在客戶端憑指紋信息利用Ukey中的私鑰對(duì)文檔進(jìn)行簽名。
文檔編號(hào)H04L9/28GK101599830SQ20081006218
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2008年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月4日
發(fā)明者吳小紅, 曹珍富, 剛 李, 柴震川, 顧永跟 申請(qǐng)人:湖州師范學(xué)院;上海交通大學(xué)