CN109981284A - 一种椭圆曲线数字签名的实现方法及装置 - Google Patents

一种椭圆曲线数字签名的实现方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种椭圆曲线数字签名的实现方法及装置，包括处理器将生成的签名消息数据包发送至密码卡，签名消息数据包包括临时签名公私钥对和待签名消息；密码卡接收签名消息数据包，获取签名消息数据包中的临时签名公私钥对和待签名消息，根据临时签名公私钥对、预先存储的用户签名私钥和辅助公私钥对，得到待签名消息的数字签名。本发明提高用户签名的安全性，同时提高数据处理的效率。

Description

一种椭圆曲线数字签名的实现方法及装置
技术领域
本发明涉及公钥密码算法技术领域，尤其涉及一种椭圆曲线数字签名的实现方法及装置。
背景技术
椭圆曲线签名体制是目前主流的数字签名方案之一，目前数字签名的实现方式主要分为两种，通过软件实现或通过硬件实现。
通过软件实现数字签名是通过使用高性能CPU或GPU，可以达到每秒数百万次签名的高性能，但是安全性有所欠缺，用户签名私钥存储在内存中，可能会造成私钥泄露，带来安全隐患。通过硬件实现数字签名通过使用FPGA/ASIC密码芯片、PCI-E密码卡、智能IC卡、USB智能密码钥匙或密码机等，但受限于硬件资源或工艺水平性能比较低。如何既能提供高性能数字签名，也能保证用户签名私钥的安全性是当下急需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种椭圆曲线数字签名的实现方法及装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种椭圆曲线数字签名的实现方法，包括：
处理器将生成的签名消息数据包发送至密码卡，所述签名消息数据包包括临时签名公私钥对和待签名消息；
密码卡接收所述签名消息数据包，获取所述签名消息数据包中的所述临时签名公私钥对和所述待签名消息，根据所述临时签名公私钥对、预先存储的用户签名私钥和辅助公私钥对，得到待签名消息的数字签名。
本发明的有益效果是：处理器将包括临时签名公私钥对和待签名消的签名消息数据包发送至密码卡，密码卡根据临时签名公私钥对、预先存储的用户签名私钥和辅助公私钥对，得到待签名消息的数字签名，将用户签名私钥预先存储在密码卡上，提高用户签名的安全性，同时由处理器生成签名消息数据包，提高数据处理的效率。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，所述辅助公私钥对中的私钥由所述密码卡随机生成，所述辅助公私钥对中的公钥通过所述辅助公私钥对中的公钥和椭圆曲线的基点生成。
进一步地，所述辅助公私钥对定时更新。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过密码卡生成并定时更新辅助公私钥对，可以提升用户签名的安全性。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，所述临时签名公私钥对中的私钥由所述处理器随机生成，所述临时签名公私钥中的公钥通过所述临时签名公私钥对中的私钥和椭圆曲线的基点生成。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过处理器生成临时签名公私钥对可以提升数据处理的效率。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，所述根据所述临时签名公私钥对、预先存储的用户签名私钥和辅助公私钥对，得到待签名消息的数字签名的具体步骤包括：
将所述临时签名公私钥对中的公钥和所述辅助公私钥对中的公钥执行点加运算，得到第一运算结果；
将所述临时签名公私钥对中的私钥和所述辅助公私钥对中的私钥执行模加运算，得到第二运算结果；
根据所述用户签名私钥、所述第一运算结果和所述第二运算结果，得到所述待签名消息的数字签名。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过在密码卡中使用用户签名私钥进行计算，得到待签名消息的数字签名，保证了用户签名私钥的安全性。
本发明还提供解决上述技术问题的另一种技术方案如下。
一种椭圆曲线数字签名的实现装置，包括处理器和密码卡；
所述处理器，用于将生成的签名消息数据包发送至所述密码卡，所述签名消息数据包包括临时签名公私钥对和待签名消息；
所述密码卡，用于接收所述签名消息数据包，获取所述签名消息数据包中的所述临时签名公私钥对和所述待签名消息，根据所述临时签名公私钥对、预先存储的用户签名私钥和辅助公私钥对，得到所述待签名消息的数字签名。
本发明的有益效果是：通过处理器将包括临时签名公私钥对和待签名消的签名消息数据包发送至密码卡，密码卡根据临时签名公私钥对、预先存储的用户签名私钥和辅助公私钥对，得到待签名消息的数字签名，将用户签名私钥预先存储在密码卡上，提高用户签名的安全性，同时由处理器生成签名消息数据包，提高数据处理的效率。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，所述密码卡随机生成所述辅助公私钥对中的私钥，通过所述辅助公私钥对中的私钥和椭圆曲线的基点生成所述辅助公私钥对中的公钥。
所述密码卡，用于将所述临时签名公私钥对中的公钥和所述辅助公私钥对中的公钥执行点加运算，得到第一运算结果；
将所述临时签名公私钥对中的私钥和所述辅助公私钥对中的私钥执行模加运算，得到第二运算结果；
根据所述用户签名私钥、所述第一运算结果和所述第二运算结果，得到所述待签名消息的数字签名。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过在密码卡中使用用户签名私钥进行计算，得到待签名消息的数字签名，保证了用户签名私钥的安全性。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，所述处理器随机生成所述临时签名公私钥对中的私钥，通过所述临时签名公私钥对中的私钥和椭圆曲线的基点生成所述临时签名公私钥中的公钥。
进一步地，所述处理器是CPU或GPU。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过处理器生成临时签名公私钥对可以提升数据处理的效率。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述一种椭圆曲线数字签名的实现方法的流程示意图；
图2为本发明所述一种椭圆曲线数字签名的实现装置的模块示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1所示的一种椭圆曲线数字签名的实现方法，包括：
110、处理器将生成的签名消息数据包发送至密码卡，签名消息数据包包括临时签名公私钥对和待签名消息。
120、密码卡收到签名消息数据包，获取签名消息数据包中的临时签名公私钥对和待签名消息，根据临时签名公私钥对、预先存储的用户签名私钥和辅助公私钥对，得到待签名消息的数字签名。
本实施例通过处理器将包括临时签名公私钥对和待签名消的签名消息数据包发送至密码卡，密码卡根据临时签名公私钥对、预先存储的用户签名私钥和辅助公私钥对，得到待签名消息的数字签名，将用户签名私钥预先存储在密码卡上，提高用户签名的安全性，同时由处理器生成签名消息数据包，提高数据处理的效率。
基于上述实施例，进一步地，辅助公私钥对中的私钥由密码卡随机生成，辅助公私钥对中的公钥通过辅助公私钥对中的私钥和椭圆曲线的基点生成。
进一步地，辅助公私钥对定时更新。
进一步地，临时签名公私钥对中的私钥由处理器随机生成，临时签名公私钥中的公钥通过临时签名公私钥对中的私钥和椭圆曲线的基点生成。
进一步地，根据临时签名公私钥对、辅助公私钥对和预先存储的用户签名私钥，得到待签名消息的数字签名的具体步骤包括：
将临时签名公私钥对中的公钥和辅助公私钥对中的公钥执行点加运算，得到第一运算结果；
将临时签名公私钥对中的私钥和辅助公私钥对中的私钥执行模加运算，得到第二运算结果；
根据用户签名私钥、第一运算结果和第二运算结果，得到待签名消息的数字签名。
上述实施例中，通过密码卡生成并定时更新辅助公私钥对并在密码卡中使用用户签名私钥进行计算，可以提升用户签名的安全性，同时，通过处理器生成临时签名公私钥对可以提升数据处理的效率。
如图2所示的一种椭圆曲线数字签名的实现装置，包括，处理器和密码卡；
处理器，用于将生成的签名消息数据包发送至密码卡，签名消息数据包包括临时签名公私钥对和待签名消息；
密码卡，用于收到签名消息数据包，获取签名消息数据包中的临时签名公私钥对和待签名消息，根据临时签名公私钥对、预先存储的用户签名私钥和辅助公私钥对，得到待签名消息的数字签名。
本实施例中通过处理器将包括临时签名公私钥对和待签名消的签名消息数据包发送至密码卡，密码卡根据临时签名公私钥对、预先存储的用户签名私钥和辅助公私钥对，得到待签名消息的数字签名，将用户签名私钥预先存储在密码卡上，提高用户签名的安全性，同时由处理器生成签名消息数据包，提高数据处理的效率。
在上述实施例基础上，进一步地，密码卡随机生成辅助公私钥对中的私钥，通过辅助公私钥对中的私钥和椭圆曲线的基点生成辅助公私钥对中的公钥。
进一步地，处理器随机生成临时签名公私钥对中的私钥，通过临时签名公私钥对中的私钥和椭圆曲线的基点生成临时签名公私钥中的公钥。
进一步地，密码卡将临时签名公私钥对中的公钥和辅助公私钥对中的公钥执行点加运算，得到第一运算结果；
将临时签名公私钥对中的私钥和辅助公私钥对中的私钥执行模加运算，得到第二运算结果；
根据用户签名私钥、第一运算结果和第二运算结果，得到待签名消息的数字签名。
进一步地，处理器是CPU或GPU。
例如，接收用户发送的数字签名请求后，将用户签名私钥dA存储在密码卡中，用户签名公钥PA通过数字证书或其他方式安全的分发出去。密码卡存储辅助公私钥对(Ks，Ps)，其中，Ks是辅助私钥，Ps是辅助公钥，辅助公私钥对(Ks，Ps)定时更新，以保证辅助公私钥对的安全性。
处理器接收用户发送的数字签名请求报文后，生成随机数K1，利用随机数K1计算椭圆曲线上的点A，其中，A＝[K1]G，G是椭圆曲线的基点，[K1]G为椭圆曲线上基点G的K1倍的点，(K1，A)为临时签名公私钥对，其中K1为临时签名私钥，A为临时签名公钥。签名消息数据包中包括待签名消息M和临时签名公私钥对(M，(K1，A))，将签名消息数据包发送至密码卡。
密码卡接收签名消息包后，密码卡中生成并存储辅助公私钥对(Ks，Ps)，其中Ks是生成的随机数，Ps是利用Ks计算得到的椭圆曲线上的点，Ps＝[Ks]G；利用辅助公私钥对(Ks，Ps)中的辅助公钥Ps和临时签名公钥A计算，得到椭圆曲线上的点T的坐标，T(x，y)＝A+Ps，其中(x，y)是点T的横坐标和纵坐标；利用临时签名私钥K1和辅助私钥Ks，得到签名随机数k，
k＝K1+Ks mod n，其中，n为椭圆曲线的基点G的阶。
通过上面的计算结果和用户签名私钥dA计算得到r和s，
其中，r＝x+M mod n，s＝(1+dA)-1(k–r dA)mod n，(r，s)为待签名消息的数字签名。
上述实施例中，通过密码卡生成并定时更新辅助公私钥对并在密码卡中使用用户签名私钥进行计算，可以提升用户签名的安全性，同时，通过处理器生成临时签名公私钥对可以提升数据处理的效率。
应理解，在本发明各实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种椭圆曲线数字签名的实现方法，其特征在于，包括：
处理器将生成的签名消息数据包发送至密码卡，所述签名消息数据包包括临时签名公私钥对和待签名消息；
密码卡接收所述签名消息数据包，获取所述签名消息数据包中的所述临时签名公私钥对和所述待签名消息，根据所述临时签名公私钥对、预先存储的用户签名私钥和辅助公私钥对，得到待签名消息的数字签名。
2.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，
所述辅助公私钥对中的私钥由所述密码卡随机生成，所述辅助公私钥对中的公钥通过所述辅助公私钥对中的公钥和椭圆曲线的基点生成。
3.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，
所述临时签名公私钥对中的私钥由所述处理器随机生成，所述临时签名公私钥中的公钥通过所述临时签名公私钥对中的私钥和椭圆曲线的基点生成。
4.根据权利要求2所述的实现方法，其特征在于，
所述辅助公私钥对定时更新。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的实现方法，其特征在于，所述根据所述临时签名公私钥对、预先存储的用户签名私钥和辅助公私钥对，得到待签名消息的数字签名的具体步骤包括：
将所述临时签名公私钥对中的公钥和所述辅助公私钥对中的公钥执行点加运算，得到第一运算结果；
将所述临时签名公私钥对中的私钥和所述辅助公私钥对中的私钥执行模加运算，得到第二运算结果；
根据所述用户签名私钥、所述第一运算结果和所述第二运算结果，得到所述待签名消息的数字签名。
6.一种椭圆曲线数字签名的实现装置，其特征在于，包括处理器和密码卡；
所述处理器，用于将生成的签名消息数据包发送至所述密码卡，所述签名消息数据包包括临时签名公私钥对和待签名消息；
所述密码卡，用于接收所述签名消息数据包，获取所述签名消息数据包中的所述临时签名公私钥对和所述待签名消息，根据所述临时签名公私钥对、预先存储的用户签名私钥和辅助公私钥对，得到所述待签名消息的数字签名。
7.根据权利要求6所述的实现装置，其特征在于，
所述密码卡随机生成所述辅助公私钥对中的私钥，通过所述辅助公私钥对中的私钥和椭圆曲线的基点生成所述辅助公私钥对中的公钥。
8.根据权利要求6所述的实现装置，其特征在于，
所述处理器随机生成所述临时签名公私钥对中的私钥，通过所述临时签名公私钥对中的私钥和椭圆曲线的基点生成所述临时签名公私钥中的公钥。
9.根据权利要求6-8任一项所述的实现装置，其特征在于，
所述密码卡，用于将所述临时签名公私钥对中的公钥和所述辅助公私钥对中的公钥执行点加运算，得到第一运算结果；
将所述临时签名公私钥对中的私钥和所述辅助公私钥对中的私钥执行模加运算，得到第二运算结果；
根据所述用户签名私钥、所述第一运算结果和所述第二运算结果，得到所述待签名消息的数字签名。
10.根据权利要求6或8所述的实现装置，其特征在于，
所述处理器是CPU或GPU。
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