CN101820626A - 基于无线mesh网络身份的无可信pkg的部分盲签名方法 - Google Patents

基于无线mesh网络身份的无可信pkg的部分盲签名方法 Download PDF

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Abstract

基于无线MESH网络身份的无可信PKG的部分盲签名方法，PKG随机选取一个整数，计算出系统公钥，PKG将其作为系统私钥保存，并且公开系统参数；签名者任意选取第一部分私钥，然后计算Q1＝s1P，并发送Q1给PKG；PKG计算出S2，并将S2发送给签名者，于是签名者得到其私钥对(s1，S2)和公钥对(Q1，Q2)；签名者选取一个随机数，计算U＝rQ2，并把U发送给请求用户；用户随机选取
Figure 200910117524.8_AB_0
，计算U′2，w以及R＝αQ1，将w发送给签名人；签名者计算V，将V发送给用户；用户收到V后计算V′＝αV，则(U′，V′，R)为签名人对消息(m，c)的部分盲签名；验证者收到身份为id的签名者对(m，c)的签名(U′，V′，R)，验证e (V′，P )成立，若该式成立则通过验证，否则失败。

Description

基于无线MESH网络身份的无可信PKG的部分盲签名方法
技术领域
本发明涉及无线Mesh网络(Wireless Mesh Network，WMN)安全数据通信技术领域。
背景技术
无线Mesh网络作为一种近年来新兴的无线网络，融合了无线局域网WLAN和移动Ad Hoc网络的优势。由于其组网快速灵活、接入速率高、覆盖范围广、投资成本较小、技术相对成熟、网络建设时间短、便于升级等优点，受到研究者越来越多的重视。无线Mesh网络既是WLAN的延伸，又可以作为3G的补充，也可以与Wi MAX相辅相成。因此无线Mesh网络不仅在战场、救灾等特殊领域有着不可替代的作用；同时在日常公共通信服务中也有着巨大的应用潜力。
WMN是一种基于IEEE 802.11的无线分布系统，由两个以上通过IEEE802.11链路进行互联并使用WMN服务进行通信的MP组成。一个WMN可能还支持若干个MPP(Mesh Portal Point)，以提供与其他分布系统或非802.11网络的互联能力；同时支持若干个MAP，提供普通802.11 STA与Mesh网络的互联。其中MP是核心节点，MP的主要功能是传输、路由及数据转发等。
WMN体系结构可以分为基于客户机的Mesh网络、基于基础设施的Mesh网络和混合型的Mesh网络3种。无线Mesh网络是动态移动网络，移动节点需要周围节点提供路由和转发，网络拓扑动态变化，每个节点经常接触新的节点，因而移动节点间的身份认证非常频繁，安全的无线Mesh网络认证必须适应移动网络的需求。目前，对Mesh网络安全认证问题的研究还很不成熟，基本的安全认证机制并没有很好的定义或规范。
基于身份的签名体制(IBS)简化了传统的PKI系统中复杂的证书管理过程，在IBS系统中用户的公钥是直接从其身份信息(如姓名、身份证号、Email地址等)得到，而私钥则是由一个称为私钥生成中心(PKG，private key generator)的可信方生成。但是PKG利用系统范围内的主密钥为用户生成私钥不可避免地导致了IBC系统所固有的密钥托管问题，即PKG知道所有用户的私钥。由于无线Mesh网络结构可以动态变化，所以在WMN中一个可被小组所有成员信任的可信中心很难找到，或者PKG被攻陷后会给系统带来严重的后果。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无线MESH网络身份的无可信PKG的部分盲签名方法。
本发明是基于无线MESH网络身份的无可信PKG的部分盲签名方法，其步骤为：
(1)PKG随机选取一个整数
Figure B2009101175248D0000021
计算出系统公钥QPKG＝sPKGP，并选择以下强无碰撞杂凑函数H1：{0，1}＊→G1，
Figure B2009101175248D0000022
和H3：{0，1}＊→G1；PKG将sPKG作为系统私钥保存，并且公开系统参数{G1，G2，e，P，q，QPKG，H1，H2，H3}，其中G1为q阶的Gap Diffie-Hellman群，P为G1的生成元；G2为q阶的循环乘法群，e：G1×G1→G2是一个双线性对；
(2)签名者id∈ID任意选取
Figure B2009101175248D0000023
作为其第一部分私钥，然后计算Q1＝s1P，并发送Q1给PKG；
(3)PKG计算出S2＝sPKGQ2，其中Q2＝H1(id，Q1)并将S2发送给签名者，于是签名者得到其私钥对(s1，S2)和公钥对(Q1，Q2)；
(4)签名者选取一个随机数
Figure B2009101175248D0000024
计算U＝rQ2，并把U发送给请求用户；
(5)用户随机选取
Figure B2009101175248D0000025
计算U′＝αU+αβQ2，w＝α-1H2(m||c，U′)+β以及R＝αQ1，将w发送给签名人；其中m表示用户待签名消息，c为公共信息；
(6)签名者计算V＝S2(r+w)+s1H3(c)，将V发送给用户；
(7)用户收到V后计算V′＝αV，则(U′，V′，R)为签名人对消息(m，c)的部分盲签名；
(8)验证者收到身份为id的签名者对(m，c)的签名(U′，V′，R)，验证e(V′，P)＝e(U′+H2(m||c，U′)Q2，QPKG)e(H3(c)，R)是否成立，若该式成立则通过验证，否则失败。
本发明具有以下优点：
本发明在站点STA(Station)、MP和MAP之间进行数据通信时，设计了一个安全、有效的基于身份无可信PKG的部分盲签名，该签名方法具有以下优点：
(1)交互次数少
本发明的部分盲签名方法涉及了较少的交互次数，协议交互次数仅为3次。因此，在无线MESH网络中各类节点用户如需生成盲签名，则其只需要和签名者之间用3次交互便可生成所需的签名。
(2)计算量小
本发明中，基于身份的部分盲签名方法不但需要进行群G1中的加法运算G1A，G1中的点乘运算G1M，还有中的乘法ZqM和
Figure B2009101175248D0000032
中的除法Zqd运算。所需要的计算量3G1A+8G1M+2ZqM+1Zqd+3Pa，其中，Pa表示双线性对运算。使用哈希函数来构造的签名方法，表明本发明是切实可行的并且是高效的。
(3)协议是安全的
本发明的基于身份的无可信PKG的部分盲签名是安全的，可以在随机预言模型下将将该方法的安全性归约到的在GDH群上CDH困难问题。CDH问题的难解性为本发明提供了安全保证。
附图说明
图1为基于无线MESH网络无可信PKG的部分盲签名交互过程图
具体实施方式
本发明是基于无线MESH网络身份的无可信PKG的部分盲签名方法，其步骤为：
(1)PKG随机选取一个整数
Figure B2009101175248D0000033
计算出系统公钥QPKG＝sPKGP，并选择以下强无碰撞杂凑函数H1：{0，1}＊→G1，和H3：{0，1}＊→G1；PKG将sPKG作为系统私钥保存，并且公开系统参数{G1，G2，e，P，q，QPKG，H1，H2，H3}，其中G1为q阶的Gap Diffie-Hellman群，P为G1的生成元；G2为q阶的循环乘法群，e：G1×G1→G2是一个双线性对；
(2)签名者id∈ID任意选取
Figure B2009101175248D0000041
作为其第一部分私钥，然后计算Q1＝s1P，并发送Q1给PKG；
(3)PKG计算出S2＝sPKGQ2，其中Q2＝H1(id，Q1)并将S2发送给签名者，于是签名者得到其私钥对(s1，S2)和公钥对(Q1，Q2)；
(4)签名者选取一个随机数
Figure B2009101175248D0000042
计算U＝rQ2，并把U发送给请求用户；
(5)用户随机选取
Figure B2009101175248D0000043
计算U′＝αU+αβQ2，w＝α-1H2(m||c，U′)+β以及R＝αQ1，将w发送给签名人；其中m表示用户待签名消息，c为公共信息；
(6)签名者计算V＝S2(r+w)+s1H3(c)，将V发送给用户；
(7)用户收到V后计算V′＝αV，则(U′，V′，R)为签名人对消息(m，c)的部分盲签名；
(8)验证者收到身份为id的签名者对(m，c)的签名(U′，V′，R)，验证e(V′，P)＝e(U′+H2(m||c，U′)Q2，QPKG)e(H3(c )，R)是否成立，若该式成立则通过验证，否则失败。
结合基于身份的无可信中心签名机制和部分盲签名机制，通过利用GapDiffie-Hellman(GDH)群，提出了一种有效的基于身份的无可信PKG的部分盲签名方法。该方法通过给合法签名者赋予一对私钥，该对私钥分别由签名者和PKG计算生成从而解决了密钥托管问题，其安全性依赖于CDHP(Computational Diffie-Hellman Problem)。
符号说明：
M：M＝{M1，M2}。M表示明文空间；M1表示用户待签名消息的集合而M2表示用户和签名者协商后的消息集合。
ID：所有可能的参与者的身份的集合。
Δ：Δ＝{Δ1，Δ2}。Δ表示签名空间；Δ1表示签名者对盲化之后的消息所有可能的签名组成的集合；Δ2表示用户对签名者所作的签名脱盲之后所有可能的签名组成的集合。
X：X＝{X1，X2}。X表示签名私有密钥空间；X1是由签名者生成的可能的部分私钥集合；X2是由PKG生成的可能的部分私钥集合。
Y：Y＝{Y1，Y2}。Y表示验证公开密钥空间；Y1是由签名者生成的可能的部分公钥集合；Y2是由PKG生成的可能的部分公钥集合。
下面结合无可信PKG的部分盲签名交互过程附图对本发明进行详细的描述：
设G1为q阶的Gap Diffie-Hellman群，P为G1的生成元；G2为q阶的循环乘法群，e：G1×G1→G2是一个双线性对。
Setup：PKG随机选取一个整数
Figure B2009101175248D0000051
计算出系统公钥QPKG＝sPKGP，并选择以下强无碰撞杂凑函数H1：{0，1}＊→G1，
Figure B2009101175248D0000052
和H3：{0，1}＊→G1。然后PKG将sPKG作为系统私钥保存，并且公开系统参数parameters＝{G1，G2，e，P，q，QPKG，H1，H2，H3}；
Extract：假定id表示签名者的惟一可识别的身份，PKG对其进行物理鉴定确信id具有惟一性。签名者任意选取
Figure B2009101175248D0000053
作为其第一部分私钥，然后计算Q1＝s1P，并发送Q1给PKG。PKG计算出S2＝sPKGQ2，其中Q2＝H1(id，Q1)，并将S2发送给签名者，于是签名者得到其私钥对(s1，S2)和公钥对(Q1，Q2)。
lssue：假设用户需要得到消息m的部分盲签名，c为用户和签名者事先协商的公共信息。基于身份的无可信PKG部分盲签名由以下步骤组成：
(1)签名者选取一个随机数
Figure B2009101175248D0000054
计算U＝rQ2，并把U发送给请求用户。
(2)用户随机选取
Figure B2009101175248D0000055
计算U′＝αU+αβQ2，w＝α-1H2(m||c，U′)+β以及R＝αQ1；将w发送给签名人。
(3)签名者计算V＝S2(r+w)+s1H3(c)，将V发送给用户。
(4)用户收到V后计算V′＝αV。
则(U′，V′，R)为签名人对消息(m，c)的部分盲签名，其中c为公共信息。
Verify：验证者收到身份为id的签名者对(m，c)的签名(U′，V′，R)，验证如下：
验证e(V′，P)＝e(U′+H2(m||c，U′)Q2，QPKG)e(H3(c)，R)是否成立，若该式成立则通过验证，否则失败。

Claims (1)

1.基于无线MESH网络身份的无可信PKG的部分盲签名方法，其步骤为：
(1)PKG随机选取一个整数
Figure F2009101175248C0000011
计算出系统公钥QPKG＝sPKGP，并选择以下强无碰撞杂凑函数H1：{0，1}＊→G1，
Figure F2009101175248C0000012
和H3：{0，1}＊→G1；PKG将sPKG作为系统私钥保存，并且公开系统参数{G1，G2，e，P，q，QPKG，H1，H2，H3}，其中G1为q阶的Gap Diffie-Hellman群，P为G1的生成元；G2为q阶的循环乘法群，e：G1×G1→G2是一个双线性对；
(2)签名者id∈ID任意选取
Figure F2009101175248C0000013
作为其第一部分私钥，然后计算Q1＝s1P，并发送Q1给PKG；
(3)PKG计算出S2＝sPKGQ2，其中Q2＝H1(id，Q1)并将S2发送给签名者，于是签名者得到其私钥对(s1，S2)和公钥对(Q1，Q2)；
(4)签名者选取一个随机数
Figure F2009101175248C0000014
计算U＝rQ2，并把U发送给请求用户；
(5)用户随机选取
Figure F2009101175248C0000015
计算U′＝αU+αβQ2，w＝α-1H2(m||c，U′)+β以及R＝αQ1，将w发送给签名人；其中m表示用户待签名消息，c为公共信息；
(6)签名者计算V＝S2(r+w)+s1H3(c)，将V发送给用户；
(7)用户收到V后计算V′＝αV，则(U′，V′，R)为签名人对消息(m，c)的部分盲签名；
(8)验证者收到身份为id的签名者对(m，c)的签名(U′，V′，R)，验证e(V′，P)＝e(U′+H2(m||c，U′)Q2，QPKG)e(H3(c)，R)是否成立，若该式成立则通过验证，否则失败。
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