CN108259180A - 一种量子指定验证者签名的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种量子指定验证者签名的方法,包括初始化步骤;指定签名算法步骤;指定验证算法步骤;模拟算法步骤;在引入经典的Diffie‑Hellman(DH)密钥交换协议思想的基础上,通过初始的Bell态签名者和指定验证者之间首先协商会话密钥,然后签名者在可信第三方的协助下产生可公开验证的初始签名值,最后再通过签名者和指定验证者之间协商的会话密钥对初始的签名值进行加密产生真正的签名值,同样指定的验证者也可以模拟产生同签名者不可区分的签名值,从而实现签名者的可否认性,解决电子商务、电子选举和网上投标等网络应用中认证性和隐私性的冲突问题,为身份隐私保护方法的设计提供新思路。
Description
技术领域
本发明属于数字签名,涉及一种量子指定验证者签名的方法,具体为在量 子领域中,签名者S可以向指定验证者V证实他签署了一个声明,同时,V 不能向另一方证实签名的有效性,因为V具有模拟S签名的能力。这样就保 证了签名者的可否认性,即限制验证者使其不能把签名任意提供给第三方,该 发明可应用于电子商务、电子选举和网上投标等网络应用中解决认证性和隐私 性的冲突问题。
背景技术
普通的数字签名方案具有签名可以被普遍证实的特点,任何人只需要知道 签名者的公开密钥就可以在任何时间验证其签名的有效性。随着计算机技术和 互联网技术的快速发展,在不同的应用领域需要不同用途的数字签名方案以满 足各种特殊环境的要求。例如在电子商务中,各个银行需要发行自己的电子货 币,但如果采用普通的数字签名方案进行签署的话,则每笔交易中电子货币所 属银行的身份将众所周知,这些信息的公开有可能使得对手从中得到有关的商 业情报。显然,银行不愿意让每个消费者了解这些信息。同样在电子选举、网 上投标等这类网络应用中也存着认证性和隐私性的冲突问题。
为了解决以上问题,指定验证者签名体制被提出,在该体制中,一个被指 定的验证者能够产生有效签名,且与签名者产生的签名是不可区分的(即要求 签名者和指定验证者能够产生不可区分的签名),因此只有指定验证者能够判 断签名是否由签名者产生,而第三方不能确定签名的有效性。
在量子范畴中,目前已提出的量子签名协议都是通过指定的验证者来认证 用户的身份,并不是传统意义上的指定验证者签名,由于指定验证者不能通过 模拟器有效的模拟签名者的签名,则不能实现其“否认性”。针对以上的问题, 本发明引入经典的Diffie-Hellman(DH)密钥交换协议的思想,基于Bell态提出 一种有效的指定验证者签名协议,真正实现了签名者的可否认性,限制验证者 不能把签名任意提供给第三方,为电子投票、电子商务和网上投标等网络应用 中身份隐私保护方法的设计提供新思路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种量子指定验证者签名的方法,在引入经典的 Diffie-Hellman(DH)密钥交换协议思想的基础上,通过初始的Bell态签名者和 指定验证者之间首先协商会话密钥,然后签名者在可信第三方的协助下产生可 公开验证的初始签名值,最后再通过签名者和指定验证者之间协商的会话密钥 对初始的签名值进行加密产生真正的签名值,同样指定的验证者也可以模拟产 生同签名者不可区分的签名值,从而实现签名者的可否认性,解决电子商务、 电子选举和网上投标等网络应用中认证性和隐私性的冲突问题。
为达到上述目标,本发明采用如下的技术方案:
一种量子指定验证者签名的方法,包括以下步骤:
步骤一、初始化步骤包括:
1.1.1 可信中心TC分别与签名的拥有者Alice和签名者Chile共享密钥, 签名的拥有者Alice和签名者Chile之间共享密钥;
1.1.2 签名者Chile和指定的验证者Bob共享Bell态;
1.1.3 可信中心TC产生初始的量子态,并公开公参;
步骤二、指定签名算法步骤包括:
1.2.1 签名者Chile随机产生密钥,再根据同Alice和TC共享密钥产生公 钥;
1.2.2 签名者Chile产生公开可验证的初始签名;
1.2.3 签名者Chile同指定的验证者Bob根据共享的Bell态产生共享密钥;
1.2.4 签名者Chile根据同指定的验证者Bob共享密钥加密初始签名值产 生指定签名;
步骤三、指定验证算法步骤包括:
1.3.1 指定验证者Bob根据同签名者Chile共享密钥解密指定签名值,获 得公开可验证的初始签名;
1.3.2 指定验证者Bob根据公钥对公开可验证的初始签名进行验证;
步骤四、模拟算法步骤包括:
1.4.1 指定验证者Bob根据验证信息、公钥以及同Chile共享密钥产生同 Chile不可区分的指定签名信息。
附图说明
图1为本发明的系统框架图。
具体实施方式
本发明提供一种量子指定验证者签名的方法,如图1所示,包括可信中心 TC、签名的拥有者Alice、签名者Chile和指定验证者Bob。其中TC、Alice 和Chile三者之间先共享密钥,Chile和Bob共享Bell态,TC产生初始的量子 态;Chile先产生可公开验证的初始签名值,Chile和Bob基于Bell态协商共 享密钥,Chile基于共享密钥产生指定签名;Bob通过公开的密钥以及同Chile 共享密钥验证指定签名的有效性;Bob通过验证信息、公开的密钥以及同Chile 共享密钥产生同Chile不可区分的指定签名值。其实现方法主要由四个算法组成,包括:初始化步骤;指定签名算法步骤;指定验证算法步骤;模拟算法步 骤其中,
所述初始化步骤包括:
1.1.1 可信中心TC分别与签名的拥有者Alice和签名者Chile共享密钥, 签名的拥有者Alice和签名者Chile之间共享密钥;
1.1.2 签名者Chile和指定的验证者Bob共享Bell态;
1.1.3 可信中心TC产生初始的量子态,并公开公参;
所述指定签名算法步骤包括:
1.2.1 签名者Chile随机产生密钥,再根据同Alice和TC共享密钥产生公 钥;
1.2.2 签名者Chile产生公开可验证的初始签名;
1.2.3 签名者Chile同指定的验证者Bob根据共享的Bell态产生共享密钥;
1.2.4 签名者Chile根据同指定的验证者Bob共享密钥加密初始签名值产 生指定签名;
所述指定验证算法步骤包括:
1.3.1 指定验证者Bob根据同签名者Chile共享密钥解密指定签名值,获 得公开可验证的初始签名;
1.3.2 指定验证者Bob根据公钥对公开可验证的初始签名进行验证;
所述模拟算法步骤包括:
1.4.1 指定验证者Bob根据验证信息、公钥以及同Chile共享密钥产生同 Chile不可区分的指定签名信息。
实施例1:
请参阅图1所示量子指定验证签名方法的系统框架图。
1.初始化
1)Alice和Chile共享密钥KAC={a1,b1,.....,an,bn},TC分别同Alice和Chile 共享密钥KTA={c1,d1,.....,cn,dn}和KTC={e1,f1,.....,en,fn},其中 ai,bi,ci,di,∈ei,;
2)Chile和Bob共享Bell态其中 |C>={|C1>,|C2>,.....,|Cn>}和|B>={|B1>,|B2>,.....,|Bn>}分别被Chile和Bob保 存,其中|Ci>,|Bi>∈{|0>,|1>};
3)TC根据KTA,KTC产生量子态序列并通过安全的量子通道发 送给Chile,其中是下面量子态之一:
4)若签名的消息为M=(m1,m2,.......,mn),TC计算和|f(u)>,并公开|f(u)>,其中f:|x>→|f(u)>表示量子哈希函数;
2.指定签名算法
1)Chile产生随机数KC={g1,h1,.....,gn,hn}并计算其中KPC是公钥,gi,hi∈{0,1};
2)Chile根据KAC,KC对量子态|φT>执行W[1]操作,然后得到公开可验证的初 始签名|S>
W[1]:|φT>→|S>
W[1]被定义为
其中
U(1)=iσy=|0><1|-|1><0|,
U(0)=|0><0|+|1><1|,
V(0)=|0><0|-|1><1|
U(0)表示单位矩阵,U(1)=iσy表示泡利-Y门,V(0)表示泡利-Z门, V(1)=H表示哈达玛门。
3)Chile和Bob分别产生随机数rC∈{0,1}2n和rB∈{0,1}2n,然后执行如下操作:
其中
δ00=I=|0><0|+|1><1|,
δ01=σx=|1><0|+|0><1|,
δ10=iσy=|0><1|-|1><0|,
δ11=σz=|0><0|-|1><1|
δ00=I表示单位矩阵,δ01=σx表示泡利-X门,δ10=iσy表示泡利-Y门, δ11=σz表示泡利-Z门。
通过一个安全量子通道,Chile发送|KC>Bob,Bob发送|KB>给Chile;
4)Chile执行Bob执行然后Chile 和Bob用基Z={|0>,|>1分别测量KCB和KBC,最后得到共享密钥 K=KBC=KCB;
5)Chile执行获得指定签名|SD>,并将{|SD>,M,T}通过 安全的通道发送给指定的验证者Bob。
3.指定验证算法
1)如果时间戳T是有效的,Bob执行获得初始签名|S′>;
2)Bob用Chile的公钥KPC对|S′>执行W[2]操作,获得验证签名|SV>;
W[2]:|S′>→|SV′>
W[2]被定义为:
其中
U(1)=iσy=|0><1|-|1><0|,
U(0)=|0><0|+|1><1|,
V(0)=|0><0|-|1><1|
3)Bob用基(|0>,|0>,......,|0>)测量|SV〉,并得到v=(v1,......,vn),然后计算最后再计算|f(u′)〉并验证|f(u)〉=|f(u′)〉是 否相等,若相等则验证成功,否则失败。
4.模拟算法
1)在指定验证者阶段,Bob可以获得v的副本v′=(v1′,......,vn′);
2)根据v′,Bob可以获取|SV>的副本|SV′>;
3)Bob用Chile的公钥KPC对|SV′>执行W[2]操作,获得初始签名|S″>;
4)根据与Chile共享密钥K,Bob执行获得同签名者 Chile不可区分的指定签名|SD′>。
Claims (5)
1.一种量子指定验证者签名的实现方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、初始化步骤包括:
1.1.1 可信中心TC分别与签名的拥有者Alice和签名者Chile共享密钥,签名的拥有者Alice和签名者Chile之间共享密钥;
1.1.2 签名者Chile和指定的验证者Bob共享Bell态;
1.1.3 可信中心TC产生初始的量子态,并公开公参;
步骤二、指定签名算法步骤包括:
1.2.1 签名者Chile随机产生密钥,再根据同Alice和TC共享密钥产生公钥;
1.2.2 签名者Chile产生公开可验证的初始签名;
1.2.3 签名者Chile同指定的验证者Bob根据共享的Bell态产生共享密钥;
1.2.4 签名者Chile根据同指定的验证者Bob共享密钥加密初始签名值产生指定签名;
步骤三、指定验证算法步骤包括:
1.3.1 指定验证者Bob根据同签名者Chile共享密钥解密指定签名值,获得公开可验证的初始签名;
1.3.2 指定验证者Bob根据公钥对公开可验证的初始签名进行验证;
步骤四、模拟算法步骤包括:
1.4.1 指定验证者Bob根据验证信息、公钥以及同Chile共享密钥产生同Chile不可区分的指定签名信息。
2.根据权利要求1所述的一种量子指定验证者签名的实现方法,其特征在于:所述的初始化步骤,其中;
2.1 Alice和Chile共享密钥KAC={a1,b1,.....,an,bn},TC分别同Alice和Chile共享密钥KTA={c1,d1,.....,cn,dn}和KTC={e1,f1,.....,en,fn},其中ai,bi,ci,di,ei,fi∈{0,1};
2.2 Chile和Bob共享Bell态其中|C>={|C1>,|C2>,.....,|Cn>}和|B>={|B1>,|B2>,.....,|Bn>}分别被Chile和Bob保存,其中|Ci>,|Bi>∈{|0>,|1>};;
2.3 TC根据KTA,KTC产生量子态序列并通过安全的量子通道发送给Chile,其中是下面量子态之一:
2.4 若签名的消息为M=(m1,m2,.......,mn),TC计算和|f(u)>,并公开|f(u)>,其中f:|x>→|f(u)>表示量子哈希函数;
3.根据权利要求1所述的一种量子指定验证者签名的实现方法,其特征在于:所述的指定签名算法步骤,其中;
3.1 Chile产生随机数KC={g1,h1,.....,gn,hn}并计算其中KPC是公钥,gi,hi∈{0,1};;
3.2 Chile根据KAC,KC对量子态|φT>执行W[1]操作,然后得到公开可验证的初始签名|S>
W[1]:|φT>→|S>
W[1]被定义为
其中
U(1)=iσy=|0><1|-|1><0|,
U(0)=|0><0|+|1><1|,
V(0)=|0><0|-|1><1|
U(0)表示单位矩阵,U(1)=iσy表示泡利-Y门,V(0)表示泡利-Z门,V(1)=H表示哈达玛门。
3.3 Chile和Bob分别随机产生rC∈{0,1}2n和rB∈{0,1}2n,然后执行如下操作:
其中
δ00=I=|0><0|+|1><1|,
δ01=σx=|1><0|+|0><1|,
δ10=iσy=|0><1|-|1><0|,
δ11=σz=|0><0|-|1><1|
δ00=I表示单位矩阵,δ01=σx表示泡利-X门,δ10=iσy表示泡利-Y门,δ11=σz表示泡利-Z门。
通过一个安全量子通道,Chile发送|KC>Bob,Bob发送|KB>给Chile;
3.4 Chile执行Bob执行然后Chile和Bob用基Z={|0>,|1>}分别测量KCB和KBC,最后得到共享密钥K=KBC=KCB;
3.5 Chile执行获得指定签名|SD>,并将{|SD>,M,T}通过安全的通道发送给指定的验证者Bob。
4.根据权利要求1所述的一种量子指定验证者签名的实现方法,其特征在于:所述的指定验证算法步骤,其中;
4.1 如果时间戳T是有效的,Bob执行获得初始签名|S′>;
4.2 Bob用Chile的公钥KPC对|S′>执行W[2]操作,获得验证签名|SV>;
W[2]:|S′>→|SV′>
W[2]被定义为:
其中
U(1)=iσy=|0><1|-|1><0|,
U(0)=|0><0|+|1><1|,
V(0)=|0><0|-|1><1|
4.3 Bob用基(|0>,|0>,......,|0>)测量|SV>,并得到v=(v1,......,vn),然后计算最后再计算|f(u′)>并验证|f(u)>=|f(u′)>是否相等,若相等则验证成功,否则失败。
5.根据权利要求1所述的一种量子指定验证者签名的实现方法,其特征在于:所述的模拟算法步骤,其中;
5.1 在指定验证者阶段,Bob可以获得v的副本v′=(v1′,......,vn′);
5.2 根据v′,Bob可以获取|SV>的副本|SV′>;
5.3 Bob用Chile的公钥KPC对|SV′>执行W[2]操作,获得初始签名|S″>;
5.4 根据与Chile共享密钥K,Bob执行获得同签名者Chile不可区分的指定签名|SD′>。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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