CN106254372B - 一种基于身份密码机制的多重数字签名方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于身份密码机制的多重数字签名方法，包括如下步骤：一、系统参数初始化；二、密钥的生成与分发；三、多重签名的生成及认证。本发明能够降低认证机构的投资成本，减轻证书管理的负担，提高系统的运算效率，并且加强系统的安全性和稳定性。

Description

一种基于身份密码机制的多重数字签名方法
技术领域
本发明涉及数据安全技术，特别是涉及一种基于身份密码机制的多重数字签名方法。
背景技术
数字签名是密码学中的重要问题之一，它是传统文件手写签名的模拟，能够实现用户对电子形式存放消息的认证。数字签名可以提供数据源认证、数据完整性和不可否认性，通常由可信的认证中心使用数字签名来签署将通信实体和其公钥相绑定的证书。在电子商务、企业信息平台等领域中，数字签名体制被广泛运用。数字签名的安全性是保障认证、授权、完整性、不可抵赖等安全服务的关键技术。
数字签名的目标类似于物理的笔记签名，它必须易生成和验证而难伪造和抵赖，并且保证被签名的内容难以篡改。这可以通过非对称密码体制实现。在用于数字签名的非对称密码体制中，签名者有两个一一对应的密钥，一个是私有密钥(简称私钥)，必须严格保密，另一个是公有密钥(简称公钥)，可以公之于众。在传统的公钥密码学体制下，私钥生成过程要求所有公钥必须随机化，而在认证过程中我们又必须把一个主体的公钥与他的身份信息结合起来。
然而，对于目前应用比较广泛的公钥基础设施来说，应用起来十分困难，主要存在以下几个问题：
一、建立这样的认证机构的成本和复杂程度是非常高的，需要认证机构较大的投资，无疑也增加了证书管理的负担；
二、系统计算的复杂度高，严重降低了系统的运算效率；
三、存在内部的合谋攻击的可能性，验证者只能知道其前面一个人签名的情况和签名的真伪，影响了系统的安全性和稳定性；
有鉴于此，本发明人专门设计了一种基于身份密码机制的多重数字签名方法，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于身份密码机制的多重数字签名方法，以降低认证机构的投资成本，减轻证书管理的负担，提高系统的运算效率，并且加强系统的安全性和稳定性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于身份密码机制的多重数字签名方法，包括如下步骤：
S01：系统参数初始化，并生成公钥；
S02：对签名用户的ID进行身份的物理验证，并确认用户的ID是否具有唯一性；
S03：分别为每一个签名用户生成对应的私钥，并通过秘密的信道将其分发给相应的签名用户Ui，其中i＝1，…，n，n≥2；
S04：签名中心形成签名顺序，并将该签名顺序发送给每一个签名用户 Ui；
S05：签名中心确定需要发送的消息m，并对其进行哈希运算m'＝h(m,t)， t为消息m的时间戳；
S06：将消息m发送给第一个签名用户U1，并将时间戳t发送给每一位签名用户Ui，设置每个签名用户Ui的签名时间Δti；
S07：计算每一位签名用户Ui的ti，ti＝t+Δti；
S08：判断消息(m，m')是否在t1时刻之前到达第一个签名用户U1，若消息(m，m')在t1时刻之前尚未到达，则签名用户U1向签名中心发送一个超时消息，表示对消息m的签名失败；若消息(m，m')在t1时刻之前能够到达，则验证m'＝h(m，t)，如果该等式不成立，签名用户U1请求签名中心重发消息，如果该等式成立，则执行下述步骤S09；
S09：签名用户U1计算哈希函数h1＝h(m)，然后对消息m进行签名，并将该签名信息依照签名顺序发送至下一签名用户Ui(i≥2)；
S10：在ti时刻之前，若签名用户Ui-1的签名信息没有到达签名用户Ui，签名用户Ui将请求签名用户Ui-1重新发送消息，一旦请求次数大于预设次数 Num，签名用户Ui将会发送一个超时消息给签名用户Ui-1，以表示对消息m的签名失败；若签名用户Ui-1的签名信息已到达签名用户Ui，则由签名用户Ui对签名用户Ui-1的签名信息进行验证。
S11：若签名用户Ui对Ui-1的签名信息验证通过，则对消息m进行签名，并将签名后的消息发送至签名用户Ui+1：
S12：计算i＝i+1并返回步骤S10，直至签名用户Un完成对消息m的签名。
所述步骤S01中，由公钥生成中心独立地选取两个大素数p和q，并计算N＝pq，保存(p，q，1/2)为系统的主密钥，并公开公钥(2,N)。
所述步骤S03中，公钥生成中心为每一个签名用户Ui生成私钥，计算公式如下：gi＝IDi^(1/2)(mod N)。
所述步骤S09中，签名用户U1按照该公式对消息m进行签名： S1＝g1h1＝g1h(m)(modN)，签名用户U1再将(S1，m)发送至下一签名用户Ui(i ≥2)。
所述步骤S11中，签名用户Ui按照以下公式对签名用户Ui-1的签名信息验证：
若该等式成立，则验证通过，否则验证失败。
所述步骤S11中，待签名用户Ui-1的签名信息验证通过后，则按照以下公式对消息m进行签名：Si≡gih(m)Si-1(mod N)，签名用户Ui再将(Si，m) 发送给Ui+1。
采用上述方案后，本发明具有以下几个优点：
一、本发明将身份密码机制与Rabin算法相结合，简化了系统的复杂性, 大大地降低了系统的开销，减轻了证书管理的负担；
二、本发明减少了系统的计算量和通信量,具有较高的运算效率；
三、本发明在签名接受者在收到最终的签名时,只需要一步就能知道之前是不是经过了所有人的签名和签名的真伪以及是否对消息进行了篡改,克服了很多方案中验证者只能知道其前面一个人签名情况的弊端,保证了传递消息的完整性和真实性，防止了内部的合谋攻击和重放攻击,有效地增强了系统的安全性和稳定性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供一种基于身份密码机制的多重数字签名方法，包括如下步骤：
S01：系统参数初始化，并生成公钥；
S02：对签名用户的ID进行身份的物理验证，并确认用户的ID是否具有唯一性，签名用户的ID表示签名用户唯一可识别的身份；
S03：分别为每一个签名用户生成对应的私钥，并通过秘密的信道将其分发给相应的签名用户Ui，其中i＝1，…，n，n≥2；
S04：签名中心形成签名顺序，并将该签名顺序发送给每一个签名用户 Ui；
S05：签名中心确定需要发送的消息m，并对其进行哈希运算m'＝h(m,t)， t为消息m的时间戳；
S06：将消息m发送给第一个签名用户U1，并将时间戳t发送给每一位签名用户Ui，设置每个签名用户Ui的签名时间Δti，以防止重复签名；每个签名用户Ui的签名时间Δti值可相同，也可不同。
S07：计算每一位签名用户Ui的ti，ti＝t+Δti；
S08：判断消息(m，m')是否在t1时刻之前到达第一个签名用户U1，若消息(m，m')在t1时刻之前尚未到达，则签名用户U1向签名中心发送一个超时消息，表示对消息m的签名失败；若消息(m，m')在t1时刻之前能够到达，则验证m'＝h(m，t)，如果该等式不成立，签名用户U1请求签名中心重发消息，如果该等式成立，则执行下述步骤S09；
S09：签名用户U1计算哈希函数h1＝h(m)，然后对消息m进行签名，并将该签名信息依照签名顺序发送至下一签名用户Ui(i≥2)；
S10：在ti时刻之前，若签名用户Ui-1的签名信息没有到达签名用户Ui，签名用户Ui将请求签名用户Ui-1重新发送消息，一旦请求次数大于预设次数 Num，签名用户Ui将会发送一个超时消息给签名用户Ui-1，以表示对消息m的签名失败；若签名用户Ui-1的签名信息已到达签名用户Ui，则由签名用户Ui对签名用户Ui-1的签名信息进行验证。
S11：若签名用户Ui对Ui-1的签名信息验证通过，则对消息m进行签名，并将签名后的消息发送至签名用户Ui+1：
S12：计算i＝i+1并返回步骤S10，直至签名用户Un完成对消息m的签名。
在本实施例中，所述步骤S01中，由公钥生成中心独立地选取两个大素数p和q，并计算N＝pq，保存(p，q，1/2)为系统的主密钥，并公开公钥(2,N)。
同时，所述步骤S03中，公钥生成中心为每一个签名用户Ui生成私钥，计算公式如下：gi＝IDi^(1/2)(mod N)。
在上述步骤S09中，签名用户U1按照该公式对消息m进行签名： S1＝g1h1＝g1h(m)(mod N)，签名用户U1再将(S1，m)发送至下一签名用户Ui(i ≥2)。
进一步地，所述步骤S11中，签名用户Ui按照以下公式对签名用户Ui-1的签名信息验证：
若该等式成立，则验证通过，否则验证失败。
优选地，所述步骤S11中，待签名用户Ui-1的签名信息验证通过后，则按照以下公式对消息m进行签名：Si≡gih(m)Si-1(modN)，签名用户Ui再将(Si， m)发送给Ui+1。
本发明具有以下几个优点：
一、本发明将身份密码机制与Rabin算法相结合，简化了系统的复杂性, 大大地降低了系统的开销，减轻了证书管理的负担；
二、本发明减少了系统的计算量和通信量,具有较高的运算效率；
三、本发明在签名接受者在收到最终的签名时,只需要一步就能知道之前是不是经过了所有人的签名和签名的真伪以及是否对消息进行了篡改,克服了很多方案中验证者只能知道其前面一个人签名情况的弊端,保证了传递消息的完整性和真实性，防止了内部的合谋攻击和重放攻击,有效地增强了系统的安全性和稳定性。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于身份密码机制的多重数字签名方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：系统参数初始化，并生成公钥；
S02：对签名用户的ID进行身份的物理验证，并确认用户的ID是否具有唯一性；
S03：分别为每一个签名用户生成对应的私钥，并通过秘密的信道将其分发给相应的签名用户Ui，其中i＝1，…，n，n≥2；
S04：签名中心形成签名顺序，并将该签名顺序发送给每一个签名用户Ui；
S05：签名中心确定需要发送的消息m，并对其进行哈希运算m'＝h(m,t)，t为消息m的时间戳；
S06：将消息m发送给第一个签名用户U1，并将时间戳t发送给每一位签名用户Ui，设置每个签名用户Ui的签名时间Δti；
S07：计算每一位签名用户Ui的ti，ti＝t+Δti；
S08：判断消息(m，m')是否在t1时刻之前到达第一个签名用户U1，若消息(m，m')在t1时刻之前尚未到达，则签名用户U1向签名中心发送一个超时消息，表示对消息m的签名失败；若消息(m，m')在t1时刻之前能够到达，则验证m'＝h(m，t)，如果该等式不成立，签名用户U1请求签名中心重发消息，如果该等式成立，则执行下述步骤S09；
S09：签名用户U1计算哈希函数h1＝h(m)，然后对消息m进行签名，并将该签名信息依照签名顺序发送至下一签名用户Ui(i≥2)；
S10：在ti时刻之前，若签名用户Ui-1的签名信息没有到达签名用户Ui，签名用户Ui将请求签名用户Ui-1重新发送消息，一旦请求次数大于预设次数Num，签名用户Ui将会发送一个超时消息给签名用户Ui-1，以表示对消息m的签名失败；若签名用户Ui-1的签名信息已到达签名用户Ui，则由签名用户Ui对签名用户Ui-1的签名信息进行验证；
S11：若签名用户Ui对Ui-1的签名信息验证通过，则对消息m进行签名，并将签名后的消息发送至签名用户Ui+1；
S12：计算i＝i+1并返回步骤S10，直至签名用户Un完成对消息m的签名。
2.根据权利要求1所述的一种基于身份密码机制的多重数字签名方法，其特征在于：所述步骤S01中，由公钥生成中心独立地选取两个大素数p和q，并计算N＝pq，保存(p，q，1/2)为系统的主密钥，并公开公钥(2,N)。
3.根据权利要求2所述的一种基于身份密码机制的多重数字签名方法，其特征在于：所述步骤S03中，公钥生成中心为每一个签名用户Ui生成私钥，计算公式如下：gi＝IDi^(1/2)(mod N)。
4.根据权利要求3所述的一种基于身份密码机制的多重数字签名方法，其特征在于，所述步骤S09中，签名用户U1按照该公式对消息m进行签名：S1＝g1h1＝g1h(m)(mod N)，签名用户U1再将(S1，m)发送至下一签名用户Ui(i≥2)。
5.根据权利要求4所述的一种基于身份密码机制的多重数字签名方法，其特征在于，所述步骤S11中，签名用户Ui按照以下公式对签名用户Ui-1的签名信息验证：若该等式成立，则验证通过，否则验证失败。
6.根据权利要求5所述的一种基于身份密码机制的多重数字签名方法，其特征在于，所述步骤S11中，待签名用户Ui-1的签名信息验证通过后，则按照以下公式对消息m进行签名：Si≡gih(m)Si-1(mod N)，签名用户Ui再将(Si，m)发送给Ui+1。
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