CN107113305A - 用于发送和验证签名的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

用于发送和验证签名的装置和方法。提供了一种用于向至少一个接收装置发送签名的发送装置。所述发送装置包括：发送单元，被配置成向所述至少一个接收装置发送数据，所述数据包括多个帧；接收单元，被配置成从所述至少一个接收装置接收用于向所述接收装置发送签名的请求，所述请求包括指示所述多个帧中的所述帧正由所述至少一个接收装置接收的指示；以及计算单元，被配置成使用所指示的帧来计算签名，其中，所述发送单元被配置成将所计算的签名发送到所述至少一个接收装置。进一步地，提供了用于验证来自发送装置的签名的对应的接收装置。基于所述发送装置和所述接收装置，可使用仅由所述接收装置确实地接收到的数据帧来动态地执行签名验证。因此，所述签名验证在具有高度的分组丢失的网络中也起作用。

Description

用于发送和验证签名的装置和方法
本发明涉及一种用于向接收装置发送签名的发送装置并且涉及一种用于接收所述签名并验证所接收到的签名的接收装置。进一步地，本发明涉及一种包括发送装置和接收装置的网络系统。而且，本发明涉及一种用于向接收装置发送签名的方法并且涉及一种用于验证所述签名的方法。
在许多系统中，数字签名被用于提供内容的独创性。本技术已经应用于像例如软件分发、照片等这样的各式各样的应用。另外有签名的视频分发或视频导出可以是应用领域。例如它对于被用作法律证据的视频来说可能是重要因素。由于签名过程的性质，签名的验证只有当所分发的内容完全与原作二进制相同时才成功。单个错误的比特可以导致验证失败。在分组丢失网络中，如被用在实时视频通信中一样，可能发生帧丢失并且所分发的内容与当在接收方处遗漏一个或多个帧时分发的内容不相同。因此不可使用简单的签名过程，所述简单的签名过程基于在原始内容上计算的签名和在所接收到的内容上计算的签名的比较。
本发明的一个目标是提供装置和方法，所述装置和方法例如为期望动态地接收视频序列的仅特定部分的会话参与者提供在分组丢失网络中也起作用的签名技术。
根据第一方面，提供了一种用于向至少一个接收装置发送签名的发送装置。所述发送装置包括：发送单元，被配置成向所述至少一个接收装置发送数据，所述数据包括多个帧；接收单元，被配置成从所述至少一个接收装置接收用于向所述接收装置发送签名的请求，所述请求包括指示所述多个帧中的所述帧正由所述至少一个接收装置接收的指示；以及计算单元，被配置成使用所指示的帧来计算签名，其中，所述发送单元被配置成将所计算的签名发送到所述至少一个接收装置。
相应的单元(例如，计算单元)可以用硬件和/或用软件加以实现。如果所述单元用硬件加以实现，则它可以作为装置(例如，作为计算机或者作为处理器或者作为系统(例如计算机系统)的一部分)被具体实现。如果所述单元用软件加以实现，则它可以作为计算机程序产品、作为功能、作为例行程序、作为程序代码或者作为可执行对象被具体实现。
因为发送装置的计算单元仅使用实际上由接收装置接收到的数据帧来计算签名，所以由发送装置生成的签名与由接收装置生成的比较签名之间的稍后比较在分组丢失网络中也是可能的。
在公共系统中，发送方基于数据生成签名并且将该签名连同该数据一起发送到接收方。接收方然后从数据中提取签名，最后在签名被加密的情况下与签名的解密相结合地，使用所接收到的数据来生成比较值并且将该比较值与所接收到的签名进行比较。当比较值和签名相同时，可验证发送方。然而，如果数据的任何部分在传输期间丢失了，则接收方将使用与发送方在生成签名时不同的数据来生成比较值(因为一些部分遗漏了)。因此，在这种情况下的比较将失败。
为了避免由于分组丢失而导致的这种失败，所提供的发送装置的计算单元使用来自接收装置的指示数据的哪些部分或帧被确实地接收的信息来生成或者计算签名。因此，将不在签名计算期间使用和考虑未接收到的帧。
因此，提供了动态地适配用于签名生成或计算的数据的签名过程。可以实时地完成适配。
为了计算签名，可以使用用于计算签名的任何适合的方法。
根据实施例，发送装置还包括存储器单元，其中，计算单元被配置成计算所述多个帧中的每个帧的散列值并且将所计算的散列值存储在存储器单元中。
计算单元可以针对待由发送装置发送的数据的每个帧连续地计算散列值。这些散列值然后被存储在存储器单元中。
根据另一个实施例，计算单元被配置成基于所指示的帧从存储器单元中选择存储的散列值并且通过使用私钥来对所选择的散列值进行加密来计算签名。
当发送装置知道哪些帧已经由接收装置接收时，计算单元可以选择与这些帧相关联的散列值并且使用这些选择的散列值来计算签名。为此，计算装置可以使用发送装置的私钥。
根据另一个实施例，计算单元当对所选择的散列值进行加密时，被配置成遍及所有选择的散列值计算总散列值并且使用私钥来对该总散列值进行加密。
在选择散列值之后，计算单元例如通过对所有选择的散列值应用散列函数来确定总散列值。私钥然后可以被用于对总散列值进行加密，这产生签名。
根据另一个实施例，存储器单元被配置成将所计算的散列值存储在通过每个帧的顺序号索引的查找表中。
使用查找表可以提供对所存储的散列值的容易访问。接收单元可以从接收装置接收所接收到的帧的顺序号。基于顺序号，计算单元可以选择相应的散列值。
根据另一个实施例，计算单元被配置成将散列函数用于计算散列值，其中，所述散列函数对于每个散列值来说是相同的。
被用于针对每个帧计算散列值的散列函数对于所有帧来说可以是相同的。进一步地，散列函数为接收装置所知，使得发送装置和接收装置使用相同的散列函数。散列函数在发送装置与接收装置之间的任何通信之前可以被获知或者可以在开始通信时被传送。
第一方面的任何实施例可以与第一方面的任何实施例组合以获得第一方面的另一实施例。
根据第二方面，提供了一种用于验证来自发送装置的签名的接收装置。所述接收装置包括：接收实体，被配置成从所述发送装置接收数据，所述数据包括多个帧；发送实体，被配置成向所述发送装置发送用于发送签名的请求，所述请求包括指示所述多个帧中的所述帧正被接收的指示，其中，所述接收实体被配置成从所述发送装置接收所述签名；以及计算实体，被配置成使用所接收到的帧来计算比较值并且通过将所接收到的签名与所述比较值进行比较来验证所接收到的签名。
相应的实体(例如，计算实体)可以用硬件和/或用软件加以实现。如果所述实体用硬件加以实现，则它可以作为装置(例如，作为计算机或者作为处理器或者作为系统(例如计算机系统)的一部分)被具体实现。如果所述实体用软加以实现，则它可以作为计算机程序产品、作为功能、作为例行程序、作为程序代码或者作为可执行对象被具体实现。
当接收装置或者更准确地说接收装置的接收实体接收数据时，确定了原始发送的数据的哪些帧被接收到。基于此信息或指示，发送装置生成签名，如上所述。接收装置的计算实体然后将所接收到的签名与比较值进行比较，所述比较值使用所接收到的帧来生成。基于比较的结果，计算实体可以判定是否可验证发送装置或更准确地说发送装置的签名。
根据实施例，发送实体被配置成发送包括被接收到的每个帧的顺序号的请求。
每个帧可以包括顺序号。可以将这些顺序号发送到发送装置。
根据另一个实施例，计算实体被配置成通过计算所接收到的帧的散列值来计算比较值。
像发送装置在生成签名时一样，接收装置的计算实体可以计算所有接收到的帧的散列值。
根据另一个实施例，计算实体被配置成使用与由发送装置使用的散列函数相同的散列函数。
为了得到可比较的结果，由接收装置和发送装置使用的散列函数是相同的。
根据另一个实施例，计算实体被配置成在将所接收到的签名与比较值进行比较之前，使用发送装置的公钥来对所接收到的签名进行解密。
可以例如由发送装置给接收装置提供公钥。可在开始通信时完成这个。也可以经由中心单元(例如服务器)提供公钥。
基于所描述的发送装置和接收装置，即使在数据传输期间发生了分组丢失像所描述的那样生成的签名的验证也仍然可以是成功的，所述数据传输可以是视频传输。因为签名被动态地生成并且仅应用于已经被接收到的数据，所以攻击者可能更难以模仿签名。
所描述的生成签名的方式例如在实况会话(例如，视频实况会话)期间可能是有用的。在这种情况下，多个参与者可以在不同的时间签到并离开。由不同的参与者接收到的内容因此可以是不同的。静态签名可能无法验证。利用所描述的动态签名过程，每个接收装置能接收到被应用于相应的接收装置接收到的所述多个帧的签名，并且能被成功地验证。
第二方面的任何实施例可以与第二方面的任何实施例组合以获得第二方面的另一实施例。
根据第三方面，提供了一种用于向至少一个接收装置验证发送装置的网络系统。所述网络系统包括如本文中所描述的发送装置，以及如本文中所描述的至少一个接收装置。
应该注意的是，网络内的任何装置可以作为发送装置或接收装置。在一个时刻作为发送装置的装置可以在下一个时刻作为接收装置，并且反之亦然。因此，一个装置可以包括如本文中所描述的发送装置的单元和特征以及如本文中所描述的接收装置的单元和特征。
根据实施例，所述网络系统被配置成在多个装置之间执行视频通信，所述多个装置包括发送装置和至少一个接收装置。
可以在多个装置之间执行视频通信，所述多个装置中的每一个可具有如上面所描述的发送功能和接收功能。
第三方面的任何实施例可以与第一方面、第二方面或第三方面的任何实施例组合以获得第三方面的另一实施例。
根据第四方面，提供了一种用于向至少一个接收装置发送签名的方法。所述方法包括以下步骤：向至少一个接收装置发送数据，所述数据包括多个帧；从所述至少一个接收装置接收用于向所述接收装置发送签名的请求，所述请求包括指示所述多个帧中的所述帧正由所述至少一个接收装置接收的指示；使用所指示的帧来计算签名；以及将所计算的签名发送到所述至少一个接收装置。
根据第五方面，提供了一种用于验证来自发送装置的签名的方法。所述方法包括：从所述发送装置接收数据，所述数据包括多个帧；向所述发送装置发送用于发送签名的请求，所述请求包括指示所述多个帧中的所述帧正被接收的指示；从所述发送装置接收所述签名；使用所接收到的帧来计算比较值；以及通过将所接收到的签名与所述比较值进行比较来验证所接收到的签名。
根据另一个方面，本发明涉及一种包括程序代码的计算机程序产品，所述程序代码用于当在至少一个计算机上运行时执行用于向至少一个接收装置发送签名的上述方法和/或用于验证来自发送装置的签名的上述方法。
计算机程序产品(诸如计算机程序装置)可以作为存储卡、USB记忆棒、CD-ROM、DVD或者作为可以从网络中的服务器下载的文件被具体实现。例如，可以通过从无线通信网络传输包括计算机程序产品的文件来提供这样的文件。
参考本发明的装置和系统所描述的实施例和特征经必要的修改适用于本发明的方法。
本发明的另外可能的实施方式或替代解决方案也包含关于实施例在上面或在下面所描述的特征的组合(在本文中未明确地提及)。本领域的技术人员也可以将单独的或隔离的方面和特征添加到本发明的最基本形式。
根据结合附图进行的后续描述和从属权利要求，本发明的另外的实施例、特征和优点将变得显而易见，在附图中：
图1示出网络系统内的发送装置和接收装置的实施例的示意框图；
图2示出用于向接收装置发送签名的一系列方法步骤的实施例；以及
图3示出用于计算签名的一系列方法步骤的实施例；
图4示出用于验证来自发送装置的签名的一系列方法步骤的实施例。
在图中，除非另外指示，否则相同的附图标记标明相同或功能上等效的元件。
图1示出包括发送装置10和接收装置20的网络系统100。应该注意的是，该网络系统可以包括多个装置，并且所述多个装置中的每个装置可以是发送装置10或接收装置20或者可以是它们的组合。这意味着发送装置10也可以具有接收装置20的功能，并且反之亦然。
发送装置10包括发送单元11、接收单元12、计算单元13和存储器单元14。
接收装置20包括接收实体21、发送实体22和计算实体23。
发送单元11向接收实体21发送数据311。
计算实体23确定被包含在数据311中的帧的顺序号，并且发送实体22向接收单元12发送用于生成或者计算签名并且向接收装置20发送该签名的请求。该请求包括所接收到的帧的顺序号。
计算单元13连续地计算数据内的帧的散列值并且将所述散列值存储在存储器单元14中。当计算签名时，计算单元13使用对应帧的顺序号从存储器单元14中选择散列值并且使用这些散列值来计算签名325。
随后，发送单元11将所计算的签名325发送到接收实体21。
计算23然后使用所接收到的帧来计算比较值并且通过将所接收到的签名与该比较值进行比较来验证所接收到的签名325。
图2示出用于将签名325发送到接收装置20的方法。该方法包括以下步骤201至204。
在步骤201中，数据311被发送到至少一个接收装置20。该数据包括多个帧。
在步骤202中，从至少一个接收装置20接收用于向接收装置20发送签名325的请求。该请求包括指示所述多个帧中的帧正由至少一个接收装置20接收的指示。
在步骤203中，使用所指示的帧来计算签名325。
在步骤204中，所计算的签名325被发送到至少一个接收装置20。
图3示出用于计算签名325的方法，即，详细地示出步骤203。
可在第一操作310和第二操作320中执行步骤203。第一操作310针对数据311的每一帧被连续地执行。对数据311的每个帧应用散列函数312。散列函数312的结果使用每个帧的顺序号被以具有查找功能的散列图313的形式存储在存储器单元14中。
第二操作320作用于散列图313并且仅应接收装置20的请求而被触发，因为接收装置20由于分组丢失网络而可能未接收所有帧。在图3的示例中，帧3丢失，并且因此接收装置20请求排除帧3的签名。
发送装置10的计算单元13仅将选择的帧用作散列数据321，即所有请求的帧。散列函数322被应用于散列数据321以用于生成总散列值323。总散列值323然后使用发送装置10的私钥来加密324。这产生签名325。
在接收装置处，签名的验证对接收到的帧采取第一操作310，排除将散列值存储在散列图313中，然后利用发送装置10的公钥采取第二操作320。如果所计算出的散列值与由发送装置10发送的值相同则验证成功。
图4示出用于验证来自发送装置的签名的方法。该方法包括以下步骤401至405。
在步骤401中，从发送装置10接收数据311。该数据包括多个帧。
在步骤402中，用于发送签名325的请求被发送到发送装置10。该请求包括指示所述多个帧中的帧正被接收的指示。
在步骤403中，从发送装置10接收签名325。
在步骤404中，使用所接收到的帧来计算比较值。
在步骤405中，通过将所接收到的签名325与比较值进行比较来验证所接收到的签名325。
尽管已经依照优选实施例描述了本发明，然而对于本领域的技术人员来说显而易见的是，修改在所有实施例中是可能的。

Claims (15)

1.一种用于向至少一个接收装置(20)发送签名(325)的发送装置(10)，所述发送装置(10)包括：
发送单元(11)，被配置成向所述至少一个接收装置(20)发送数据(311)，所述数据包括多个帧，
接收单元(12)，被配置成从所述至少一个接收装置(20)接收用于向所述接收装置(20)发送签名(325)的请求，所述请求包括指示所述多个帧中的所述帧正由所述至少一个接收装置(20)接收的指示，以及
计算单元(13)，被配置成使用所指示的帧来计算签名(325)，
其中，所述发送单元(11)被配置成将所计算的签名(325)发送到所述至少一个接收装置(20)。
2.根据权利要求1所述的发送装置(10)，还包括：
存储器单元(14)，其中，所述计算单元(13)被配置成计算所述多个帧中的每个帧的散列值并且将所计算的散列值存储在所述存储器单元(14)中。
3.根据权利要求2所述的发送装置(10)，
其中，所述计算单元(13)被配置成基于所指示的帧从所述存储器单元(14)中选择存储的散列值并且通过使用私钥来对所选择的散列值进行加密来计算所述签名(325)。
4.根据权利要求3所述的发送装置(10)，
其中，所述计算单元(13)当对所选择的散列值进行加密时，被配置成遍及所有选择的散列值计算总散列值(323)并且使用所述私钥来对所述总散列值(323)进行加密。
5.根据权利要求2至3中的一项所述的发送装置(10)，其中，所述存储器单元(14)被配置成将所计算的散列值存储在通过每个帧的顺序号索引的查找表(313)中。
6.根据权利要求2至5中的一项所述的发送装置(10)，其中，所述计算单元(13)被配置成将散列函数(312、322)用于计算所述散列值，其中，所述散列函数对于每个散列值来说是相同的。
7.一种用于验证来自发送装置(10)的签名(325)的接收装置(20)，所述接收装置(20)包括：
接收实体(21)，被配置成从所述发送装置(10)接收数据(311)，所述数据(311)包括多个帧，
发送实体(22)，被配置成向所述发送装置(10)发送用于发送签名(325)的请求，所述请求包括指示所述多个帧中的所述帧正被接收的指示，其中，所述接收实体(21)被配置成从所述发送装置(10)接收所述签名(325)，以及
计算实体(23)，被配置成使用所接收到的帧来计算比较值并且通过将所接收到的签名(325)与所述比较值进行比较来验证所接收到的签名(325)。
8.根据权利要求7所述的接收装置(20)，
其中，所述发送实体(22)被配置成发送包括正被接收的每个帧的顺序号的所述请求。
9.根据权利要求7或8所述的接收装置(20)，
其中，所述计算实体(23)被配置成通过计算所接收到的帧的散列值来计算所述比较值。
10.根据权利要求9所述的接收装置(20)，
其中，所述计算实体(23)被配置成使用与由所述发送装置(10)使用的散列函数(312、322)相同的散列函数(312、322)。
11.根据权利要求7至10中的一项所述的接收装置(20)，其中，所述计算实体(23)被配置成在将所接收到的签名(325)与所述比较值进行比较之前，使用所述发送装置(10)的公钥来对所接收到的签名(325)进行解密。
12.一种用于向至少一个接收装置(20)验证发送装置(10)的网络系统(100)，所述网络系统(100)包括：
根据权利要求1至6中的一项所述的发送装置(10)，以及
根据权利要求7至11中的一项所述的至少一个接收装置(20)。
13.根据权利要求12所述的网络系统(100)，
其中，所述网络系统(100)被配置成在多个装置之间执行视频通信，所述多个装置包括所述发送装置(10)和所述至少一个接收装置(20)。
14.一种用于向至少一个接收装置(20)发送签名(325)的方法，所述方法包括：
向至少一个接收装置(20)发送(201)数据(311)，所述数据(311)包括多个帧，
从所述至少一个接收装置(20)接收(202)用于向所述接收装置(20)发送签名(325)的请求，所述请求包括指示所述多个帧中的所述帧正由所述至少一个接收装置(20)接收的指示，
使用所指示的帧来计算(203)签名(325)，以及
将所计算的签名(325)发送(204)到所述至少一个接收装置(20)。
15.一种用于验证来自发送装置(10)的签名(325)的方法，所述方法包括：
从所述发送装置(10)接收(401)数据(311)，所述数据(311)包括多个帧，
向所述发送装置(10)发送(402)用于发送签名(325)的请求，所述请求包括指示所述多个帧中的所述帧正被接收的指示，
从所述发送装置(10)接收(403)所述签名(325)，
使用所接收到的帧来计算(404)比较值，以及
通过将所接收到的签名(325)与所述比较值进行比较来验证(405)所接收到的签名(325)。
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