CN106533675A - 数字签名方法及系统 - Google Patents

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阚志刚
彭建芬
卢佐华
陈彪
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    • H04L9/085—Secret sharing or secret splitting, e.g. threshold schemes

Abstract

本发明提供一种数字签名方法及系统，该方法包括：生成公私钥对，按预定的拆分方式将公私钥对中的私钥拆分为第一子密钥和第二子密钥；将第二子密钥发送至目标签名节点；根据第一子密钥进行签名以生成第一签名信息，并根据签名算法和拆分方式生成签名参数；将第一签名信息和签名参数发送至目标签名节点，以供目标签名节点根据第二子密钥、第一签名信息和签名参数完成签名。本发明提供的数字签名方法及系统通过将私钥拆分成若干子密钥，并分发给若干签名节点分别进行签名，最后生成完整的签名信息，使得监控签名过程只能获取子密钥而无法获得私钥，保障了数字签名过程中私钥的安全性，可用于对区块链技术的私钥保护。

Description

数字签名方法及系统
技术领域
本申请涉及网络安全技术领域，具体涉及一种数字签名方法及系统。
背景技术
随着无线通信、互联网等技术的发展，许多设备都能联网，这些设备包括智能手机、平板电脑、汽车、机顶盒、穿戴设备、智能家电(如空气净化器)、智能家居(智能摄像机)等。这些设备的联网给人类生活和生产带来了便利，同时也给不法分子可乘之机，不法分子通过一些方式可以完全控制和访问硬件和软件，在当前的攻击手段中，很容易通过对二进制文件的反汇编、静态分析，对运行环境的控制结合使用控制CPU断点、观测寄存器、内存分析等来获取密码，采用对设备终端(即应用程序的运行环境)拥有完全的控制能力的白盒攻击，对设备的使用者的人身安全、财产安全造成一定的影响，因此密钥在运算过程中的保护就变得格外重要。
公钥密码技术用于数字签名，数字签名广泛应用于电子商务中，数字签名的安全性严重阻碍着电子商务的发展，不法分子对数字签名过程的监控或环境控制，可以得到签名的私钥，一旦获取到私钥，不法分子就可以像真正密钥的拥有者一样进行数字签名，身份认证以及获得认证后的权限。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种在数字签名过程中避免暴露私钥的数字签名方法及系统。
第一方面，本发明提供一种数字签名方法，该方法包括：
生成公私钥对，按预定的拆分方式将所述公私钥对中的私钥拆分为第一子密钥和第二子密钥；
将所述第二子密钥发送至目标签名节点；
根据所述第一子密钥进行签名以生成第一签名信息，并根据签名算法和所述拆分方式生成签名参数；
将所述第一签名信息和所述签名参数发送至所述目标签名节点，以供所述目标签名节点根据所述第二子密钥、第一签名信息和签名参数完成签名。
第二方面，本发明提供另一种数字签名方法，该方法包括：
生成公私钥对，按随机生成的拆分方式将所述公私钥对中的私钥拆分为分别与若干签名节点一一对应的若干子密钥；
将各所述子密钥分发给对应的签名节点，以供各所述签名节点分别根据预定的签名算法和所持有的子密钥进行签名以生成签名信息；
接收各所述签名节点分别返回的签名信息，根据对应于所述拆分方式的组合方式将各所述签名信息组合生成完整签名信息。
第三方面，本发明提供一种数字签名系统，该系统包括分别配置在签名发起节点中的签名发起单元和目标签名节点中的签名单元。
签名发起单元包括：
密钥生成子单元，配置用于生成公私钥对；
私钥拆分子单元，配置用于按预定的拆分方式将所述公私钥对中的私钥拆分为第一子密钥和第二子密钥；
第一通信子单元，配置用于将所述第二子密钥发送至所述签名单元，以及，将第一签名信息和签名参数发送至所述签名单元；
第一签名子单元，配置用于根据所述第一子密钥进行签名以生成第一签名信息，并根据签名算法和所述拆分方式生成签名参数。
签名单元包括：
第二签名子单元，配置用于根据所接收的第二子密钥、第一签名信息和签名参数完成签名。
第四方面，本发明提供另一种数字签名系统，该系统包括分别配置在不同节点中的签名发起单元和若干签名单元。
签名发起单元包括：
密钥生成子单元，配置用于生成公私钥对；
私钥拆分子单元，配置用于按随机生成的拆分方式将所述公私钥对中的私钥拆分为分别与若干签名单元一一对应的若干子密钥；
第一通信子单元，配置用于将各所述子密钥分发给对应的签名单元，接收各所述签名节点分别返回的签名信息；
信息组合子单元，配置用于根据对应于所述拆分方式的组合方式将各所述签名信息组合生成完整签名信息；
签名单元包括：
签名子单元，配置用于根据预定的签名算法和所持有的子密钥进行签名以生成签名信息；
第二通信子单元，配置用于将所述签名信息返回给所述签名发起单元。
第五方面，本发明还提供一种设备，包括一个或多个处理器和存储器，其中存储器包含可由该一个或多个处理器执行的指令以使得该一个或多个处理器执行根据本发明各实施例提供的数字签名方法。
第六方面，本发明还提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，该计算机程序使计算机执行根据本发明各实施例提供的数字签名方法。
本发明诸多实施例提供的数字签名方法及系统通过将私钥拆分成若干子密钥，并分发给若干签名节点分别进行签名，最后生成完整的签名信息，使得监控签名过程只能获取子密钥而无法获得私钥，保障了数字签名过程中私钥的安全性，可用于对区块链技术的私钥保护；
本发明一些实施例提供的数字签名方法及系统通过预配置私钥的拆分方式，并将签名算法对应拆分以预配置各签名节点的签名方式，配置了一条方便快捷的签名通道；
本发明一些实施例提供的数字签名方法及系统通过随机生成私钥的拆分方式以及对应的签名信息组合方式，进一步提高了安全性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一实施例提供的一种数字签名方法的流程图。
图2为本发明另一实施例提供的另一种数字签名方法的流程图。
图3为本发明一实施例提供的一种数字签名系统的结构示意图。
图4为本发明另一实施例提供的另一种数字签名系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1为本发明一实施例提供的一种数字签名方法的流程图。
如图1所示，在本实施例中，本发明提供的一种数字签名方法包括：
S12：生成公私钥对，按预定的拆分方式将所述公私钥对中的私钥拆分为第一子密钥和第二子密钥；
S14：将所述第二子密钥发送至目标签名节点；
S16：根据所述第一子密钥进行签名以生成第一签名信息，并根据签名算法和所述拆分方式生成签名参数；
S18：将所述第一签名信息和所述签名参数发送至所述目标签名节点，以供所述目标签名节点根据所述第二子密钥、第一签名信息和签名参数完成签名。
具体地，在执行本实施例提供的上述方法之前，可以根据实际需求预先将拆分方式配置为不同方式，例如四则运算中的一项或多项组合，如，d＝d1-d2，d＝x1+x2d1d2+x3d3等，其中d为私钥，d1-d3为子密钥，x1-x3为随机参数；乃至于其它本领域技术人员常用的运算方式及其组合。
在本实施例中，所述签名算法为椭圆曲线数字签名算法(简称ECDSA)。在更多实施例中，还可将签名算法配置为其它本领域常用的签名算法，可实现相同的技术效果。
在步骤S12中，拆分方式虽然是预配置的，但因拆分公式中存在随机参数，拆分公式相当于二元一次方程，存在无穷组解，因此每次拆分可随机生成不同的子密钥组。此外，在生成公私钥对之后，还对公钥进行公布，以供其它节点获取后用以对私钥所签名的信息进行身份验证。
其中，各子密钥不为0，若任一子密钥为0，则重新进行私钥拆分。
在本实施例中，执行上述步骤S12和S14的签名发起节点同时也作为签名节点，在步骤S14中，保留第一子密钥，将第二子密钥发送至目标签名节点。
在一优选实施例中，执行上述步骤S12和S14的签名发起节点不作为签名节点，在步骤S14中将所有子密钥分发给对应的各签名节点，签名发起节点不保留子密钥。
以下通过一例拆分方式配置为d＝d1+vd2，对消息m签名的实例进行详细说明，其中d为私钥，d1为第一子密钥，d2为第二子密钥，v为随机参数。
在步骤S12中，当前节点A生成公私钥对，包括公钥c和私钥d，公布公钥c，并对私钥d按d＝d1+vd2的拆分方式进行随机拆分，得到对应于当前节点A的第一子密钥d1和对应于目标签名节点B的第二子密钥d2。
在步骤S14中，将第二子密钥d2发送至目标签名节点B。
在步骤S16中，根据第一子密钥d1和ECDSA签名算法进行签名：
s1＝k-1(e+d1r)mod n；
得到第一签名信息(r，s1)；
并根据ECDSA签名算法s＝k-1(e+dr)mod n；和拆分方式d＝d1+vd2；生成签名参数：
s＝k-1(e+dr)mod n＝k-1(e+(d1+vd2)r)mod n
＝k-1(e+d1r)mod n+k-1vd2r mod n
＝s1+hd2mod n；
s1＝k-1(e+d1r)mod n；
h＝k-1vr；
其中，n为椭圆曲线基点G的阶，k为随机数且1≤k≤n-1，r为根据k、G、n确定的第一签名值，h为第二签名参数，s1为第一签名信息中的第二签名值。
在步骤S18中，目标签名节点B根据第二子密钥d2、第一签名信息(r，s1)和签名参数h＝k-1vr，按以下签名方式进行签名：
s＝s1+hd2mod n；
得到完整签名信息(r，s)；
其中，s为完整签名信息中的第二签名值。
上述实施例通过将私钥拆分成若干子密钥，并分发给若干签名节点分别进行签名，最后生成完整的签名信息，使得监控签名过程只能获取子密钥而无法获得私钥，保障了数字签名过程中私钥的安全性，可用于对区块链技术的私钥保护；并且，通过预配置私钥的拆分方式，并将签名算法对应拆分以预配置各签名节点的签名方式，配置了一条方便快捷的签名通道。
图2为本发明另一实施例提供的另一种数字签名方法的流程图。
如图2所示，在另一实施例中，本发明提供的另一种数字签名方法包括：
S22：生成公私钥对，按随机生成的拆分方式将所述公私钥对中的私钥拆分为分别与若干签名节点一一对应的若干子密钥；
S24：将各所述子密钥分发给对应的签名节点，以供各所述签名节点分别根据预定的签名算法和所持有的子密钥进行签名以生成签名信息；
S26：接收各所述签名节点分别返回的签名信息，根据对应于所述拆分方式的组合方式将各所述签名信息组合生成完整签名信息。
本实施例与图1所示的实施例的区别在于，在本实施例中，除当前节点外的签名节点无需配置特殊的签名方式，只需采用常规的签名算法根据接收的子密钥进行签名，并将签名信息返回至作为签名发起节点的当前节点，最后由当前节点将各签名信息组合生成完整签名信息。因此，当前节点可以随机生成拆分方式和对应的组合方式，并可随机配置子密钥数量和签名节点数量。
以当前节点A随机生成d＝vd1-d2的拆分方式，对消息m签名为例：
在步骤S22中，当前节点A生成公私钥对，包括公钥c和私钥d，公布公钥c，并随机生成d＝vd1-d2的拆分方式，对私钥d进行随机拆分，得到对应于节点A的第一子密钥d1和对应于签名节点B的第二子密钥d2。
在步骤S24中，当前节点A保留第一子密钥d1，将第二子密钥d2发送至对应的签名节点B。
节点A、B分别根据所持有的第一子密钥d1、第二子密钥d2，采用常规的ECDSA签名算法进行签名，分别生成第一签名信息s1＝k-1(e+d1r)mod n；第二签名信息s2＝k-1(e+d2r)modn。
在步骤S26中，节点A接收节点B返回的第二签名信息s2，根据对应于拆分方式d＝vd1-d2的组合方式进行组合。
具体地，根据s＝k-1(e+dr)mod n和d＝vd1-d2，有：
s＝k-1(e+dr)mod n＝k-1(e+(vd1-d2)r)mod n
＝k-1e(2-v)mod n+v(k-1(e+d1r))mod n-k-1(e+d2r)mod n
＝k-1e(2-v)mod n+vs1-s2；
节点A根据上述s＝k-1e(2-v)mod n+vs1-s2的组合方式对第一签名信息s1和第二签名信息s2进行组合，即可得到第二项签名信息s，从而生成完整签名信息(r，s)。
上述实施例通过随机生成私钥的拆分方式以及对应的签名信息组合方式，进一步提高了安全性。
图3为本发明一实施例提供的一种数字签名系统的结构示意图。图3所示的数字签名系统可对应执行图1所示的数字签名方法。
如图3所示，在本实施例中，本发明提供的数字签名系统包括分别配置在签名发起节点中的签名发起单元10和目标签名节点中的签名单元20。
其中，签名发起单元10包括：密钥生成子单元11，配置用于生成公私钥对；私钥拆分子单元13，配置用于按预定的拆分方式将所述公私钥对中的私钥拆分为第一子密钥和第二子密钥；第一通信子单元15，配置用于将第二子密钥发送至签名单元20，以及，将第一签名信息和签名参数发送至签名单元20；第一签名子单元17，配置用于根据第一子密钥进行签名以生成第一签名信息，并根据签名算法和所述拆分方式生成签名参数。
签名单元20包括：第二签名子单元21，配置用于根据所接收的第二子密钥、第一签名信息和签名参数完成签名。
图4为本发明另一实施例提供的另一种数字签名系统的结构示意图。图4所示系统可对应执行图2所示的数字签名方法。
如图4所示，在另一实施例中，本发明提供的另一种数字签名系统包括分别配置在不同节点中的签名发起单元30和若干签名单元40。
签名发起单元30包括：密钥生成子单元31，配置用于生成公私钥对；私钥拆分子单元33，配置用于按随机生成的拆分方式将所述公私钥对中的私钥拆分为分别与若干签名单元40一一对应的若干子密钥；第一通信子单元35，配置用于将各所述子密钥分发给对应的签名单元40，接收各所述签名节点分别返回的签名信息；信息组合子单元37，配置用于根据对应于所述拆分方式的组合方式将各所述签名信息组合生成完整签名信息。
签名单元40包括：签名子单元41，配置用于根据预定的签名算法和所持有的子密钥进行签名以生成签名信息；第二通信子单元43，配置用于将所述签名信息返回给所述签名发起单元。
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本申请实施例中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，例如，密钥生成子单元可以是设置在计算机或移动智能设备中的软件程序，也可以是单独进行生成公私钥对并公开公钥的硬件装置。其中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定。
作为又一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例的装置中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，该程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本申请的数字签名方法。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离本申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (13)

1.一种数字签名方法，其特征在于，所述方法包括：
生成公私钥对，按预定的拆分方式将所述公私钥对中的私钥拆分为第一子密钥和第二子密钥；
将所述第二子密钥发送至目标签名节点；
根据所述第一子密钥进行签名以生成第一签名信息，并根据签名算法和所述拆分方式生成签名参数；
将所述第一签名信息和所述签名参数发送至所述目标签名节点，以供所述目标签名节点根据所述第二子密钥、第一签名信息和签名参数完成签名。
2.根据权利要求1所述的数字签名方法，其特征在于，所述签名算法为椭圆曲线数字签名算法(简称ECDSA)。
3.根据权利要求2所述的数字签名方法，其特征在于，所述预定的拆分方式为：
d＝d1+vd2；
其中，d为私钥，d1为第一子密钥，d2为第二子密钥，v为随机参数；
所述根据所述第一子密钥进行签名以生成第一签名信息，并根据签名算法和所述拆分方式生成签名参数包括：
根据第一子密钥d1和ECDSA签名算法进行签名：
s1＝k-1(e+d1r)mod n；
得到第一签名信息(r，s1)；
根据ECDSA签名算法和拆分方式d＝d1+vd2生成签名参数：
h＝k-1vr；
其中，n为椭圆曲线基点G的阶，k为随机数且1≤k≤n-1，r为根据k、G、n确定的第一签名值，s1为第一签名信息中的第二签名值。
4.根据权利要求3所述的数字签名方法，其特征在于，所述根据所述第二子密钥、第一签名信息和签名参数完成签名包括：
根据第二子密钥d2、第一签名信息(r，s1)和签名参数h＝k-1vr，按以下签名方式进行签名：
s＝s1+hd2mod n；
得到完整签名信息(r，s)；
其中，s为完整签名信息中的第二签名值。
5.一种数字签名方法，其特征在于，所述方法包括：
生成公私钥对，按随机生成的拆分方式将所述公私钥对中的私钥拆分为分别与若干签名节点一一对应的若干子密钥；
将各所述子密钥分发给对应的签名节点，以供各所述签名节点分别根据预定的签名算法和所持有的子密钥进行签名以生成签名信息；
接收各所述签名节点分别返回的签名信息，根据对应于所述拆分方式的组合方式将各所述签名信息组合生成完整签名信息。
6.根据权利要求5所述的数字签名方法，其特征在于，所述签名算法为椭圆曲线数字签名算法(简称ECDSA)。
7.一种数字签名系统，其特征在于，所述系统包括分别配置在签名发起节点中的签名发起单元和目标签名节点中的签名单元；
所述签名发起单元包括：
密钥生成子单元，配置用于生成公私钥对；
私钥拆分子单元，配置用于按预定的拆分方式将所述公私钥对中的私钥拆分为第一子密钥和第二子密钥；
第一通信子单元，配置用于将所述第二子密钥发送至所述签名单元，以及，将第一签名信息和签名参数发送至所述签名单元；
第一签名子单元，配置用于根据所述第一子密钥进行签名以生成第一签名信息，并根据签名算法和所述拆分方式生成签名参数；
所述签名单元包括：
第二签名子单元，配置用于根据所接收的第二子密钥、第一签名信息和签名参数完成签名。
8.根据权利要求7所述的数字签名系统，其特征在于，所述签名算法为椭圆曲线数字签名算法(简称ECDSA)。
9.根据权利要求8所述的数字签名系统，其特征在于，所述预定的拆分方式为：
d＝d1+vd2；
其中，d为私钥，d1为第一子密钥，d2为第二子密钥，v为随机参数；
所述第一签名子单元进一步配置用于根据第一子密钥d1和ECDSA签名算法进行签名：
s1＝k-1(e+d1r)mod n；
得到第一签名信息(r，s1)；
根据ECDSA签名算法和拆分方式d＝d1+vd2生成签名参数：
h＝k-1vr；
其中，n为椭圆曲线基点G的阶，k为随机数且1≤k≤n-1，r为根据k、G、n确定的第一签名值，s1为第一签名信息中的第二签名值。
10.根据权利要求9所述的数字签名系统，其特征在于，所述第二签名子单元进一步配置用于根据第二子密钥d2、第一签名信息(r，s1)和签名参数h＝k-1vr，按以下签名方式进行签名：
s＝s1+hd2mod n；
得到完整签名信息(r，s)；
其中，s为完整签名信息中的第二签名值。
11.一种数字签名系统，其特征在于，所述系统包括分别配置在不同节点中的签名发起单元和若干签名单元；
所述签名发起单元包括：
密钥生成子单元，配置用于生成公私钥对；
私钥拆分子单元，配置用于按随机生成的拆分方式将所述公私钥对中的私钥拆分为分别与若干签名单元一一对应的若干子密钥；
第一通信子单元，配置用于将各所述子密钥分发给对应的签名单元，接收各所述签名节点分别返回的签名信息；
信息组合子单元，配置用于根据对应于所述拆分方式的组合方式将各所述签名信息组合生成完整签名信息；
所述签名单元包括：
签名子单元，配置用于根据预定的签名算法和所持有的子密钥进行签名以生成签名信息；
第二通信子单元，配置用于将所述签名信息返回给所述签名发起单元。
12.根据权利要求11所述的数字签名系统，其特征在于，所述签名算法为椭圆曲线数字签名算法(简称ECDSA)。
13.一种设备，其特征在于，所述设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行如权利要求1-4中任一项所述的方法，或，权利要求5-6中任一项所述的方法。
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