CN111478775B - 一种交互式聚合签名方法、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交互式聚合签名方法、设备及存储介质，属于数据加密技术领域。包括：S101、根据所有参与方的随机数生成一个挑战数，并将参与方对应的随机数，挑战数和提案消息分别发送给对应参与方；S102、接收参与方的消息，若消息中含有部分签名，则记录下来部分签名；S103、判断记录的部分签名的数量是否达到提案消息通过要求的数量；若是，则S104、将这些部分签名生成一个聚合签名；若否，则输出提案消息未通过，无法生成聚合签名，或重复S101‑S103。针对现有技术中存在区块链系统中无法高效地进行大量聚合签名计算的技术问题，可以高效地进行大量的聚合签名计算。
Description
技术领域
本发明涉及数据加密技术领域，尤其涉及一种交互式聚合签名方法、设备及存储介质。
背景技术
数字签名在计算机系统中已经是不可或缺的一部分了。无论是身份认证，还是通信加密，数字签名都是其中的核心。数字签名在密码学上保证了身份无法伪造，数据无法篡改。这对于信用社会的建立具有十分重要的意义。
在投票类的系统中，多个参与方独立地对提案进行投票，对提案用自己的数字证书进行签名。聚合签名算法是将多个签名合并成一个签名的算法。通过聚合签名可以减少签名大小，从而减少需要频繁使用多次签名的区块链系统的区块大小，因此具有十分重要的意义。目前聚合签名算法主要基于两种不同的原理，有两种不同的实现，即非交互式聚合签名与交互式聚合签名。非交互式聚合签名基于双线性映射的性质。其中BLS聚合签名算法是最常见的非交互聚合签名算法。该类算法无需额外的消息传输，签名和签名验证都比较简单，但签名和签名验证的速度都比基于椭圆曲线的签名慢的多。交互式聚合签名算法基于Schnorr多签名与签名验证方案，该方案需要进行三次消息交互，受网络延时影响，但是聚合后签名的验证速度要明显快于BLS聚合签名算法。
在区块链系统中，所有节点都需要频繁地对大量的提案进行投票。为了证明一个提案的有效性，需要证明有足够数量的节点都对该提案进行了签名。通过提供该提案的聚合签名，可以很容易地验证这一点。但是，如果将这些聚合签名的计算都孤立的看待，则无论选择以上哪种聚合签名算法，效果都不能让人满意。
发明内容
发明要解决的技术问题
针对现有技术中存在区块链系统中无法高效地进行大量聚合签名计算的技术问题，本发明提供了一种交互式聚合签名方法、设备及存储介质。可以高效地进行大量的聚合签名计算。
技术方案
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种交互式聚合签名方法，适用于发起方所在节点，包括：S101、根据所有参与方的随机数生成一个挑战数，并将参与方对应的随机数，挑战数和提案消息分别发送给对应参与方；S102、接收参与方的消息，若消息中含有部分签名，则记录下来部分签名；S103、判断记录的部分签名的数量是否达到提案消息通过要求的数量；若是，则S104、将这些部分签名生成一个聚合签名；若否，输出提案消息未通过,无法生成聚合签名，或重复S101- S103；其中，在S101和S102之间，参与方接收发起方发来包含有随机数，挑战数和提案消息的消息；判断本地的随机数与消息中的随机数是否一致；若是且同意所述提案消息，则对提案消息生成部分签名，生成新的随机数；把包含有部分签名和新的随机数的消息发送给发起方；若是且不同意所述提案消息，则发送拒绝所述提案消息的信息给发起方；若否，则不对所述提案消息签名，向发起方发送本地的随机数。
可选的，所述重复S101-S103的前提为：若超过设定响应时间仍未收到提案消息通过要求的数量的部分签名，若未响应的参与方的节点数量、与拒绝提案消息的参与方的节点数量之和，小于拒绝提案消息所需的数量，则重复S101- S103；否则输出提案信息未通过，无法生成聚合签名。
可选的，所述根据所有参与方的随机数生成一个挑战数，进一步为：采用Ed25519算法根据所有参与方的随机数生成一个挑战数。
可选的，所述对提案消息生成部分签名，进一步为：采用Ed25519算法对提案消息生成部分签名。
可选的，所述S102还包括记录参与方的新的随机数，用以更新参与方随机数列表。
可选的，所述参与方随机数列表的更新方法包括S101和S102。
一种交互式聚合签名方法，适用于参与方所在节点，包括：S201、接收发起方发来包含有随机数，挑战数和提案消息的消息；判断本地的随机数与消息中的随机数是否一致；若是且同意所述提案消息，则S202、对提案消息生成部分签名，生成新的随机数；把包含有部分签名和新的随机数的消息发送给发起方；若是且不同意所述提案消息，则S203、发送拒绝所述提案消息的信息给发起方；若否，则S204、不对所述提案消息签名，向发起方发送本地的随机数；其中，发起方接收参与方的消息，若消息中含有部分签名，则记录下来部分签名；判断记录的部分签名的数量是否达到提案消息通过要求的数量；若是，则将这些部分签名生成一个聚合签名。
可选的，所述对提案消息生成部分签名，进一步为：采用Ed25519算法对提案消息生成部分签名。
此外，本发明提供了一种用于交互式聚合签名的设备，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以上所述的方法。
相应地，本发明提供了一种存储有计算机程序的存储介质，该程序被处理器执行时实现如以上任一项所述的方法。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
可以有效的降低在大量使用聚合签名的场景下的聚合签名计算的效率，提升使用聚合签名的系统的性能。
附图说明
图1为本发明的一种用于交互式聚合签名的设备结构示意图。
图2是发起方发送提案信息给参与方的示意图。
图3是参与方接受提案信息发送部分签名给发起方的示意图。
图4是发起方生成聚合签名并更新本地随机数列表的示意图。
图5为本发明一实施例提供的适用于发起方所在节点的一种交互式聚合签名方法流程图。
图6为本发明另一实施例提供的适用于发起方所在节点的一种交互式聚合签名方法流程图。
图7为本发明一实施例提供的适用于参与方所在节点的一种交互式聚合签名方法流程图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
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。本发明中所述的第一、第二等词语，是为了描述本发明的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本发明的技术方案不构成限定作用。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。
实施例1
本实施例提供了一种交互式聚合签名方法，适用于发起方所在节点，如图5所示，包括：S101、根据所有参与方的随机数生成一个挑战数，并将参与方对应的随机数，挑战数和提案消息分别发送给对应参与方；S102、接收参与方的消息，若消息中含有部分签名，则记录下来部分签名；S103、判断记录的部分签名的数量是否达到提案消息通过要求的数量；若是，则S104、将这些部分签名生成一个聚合签名；若否，则输出提案消息未通过,无法生成聚合签名，或重复S101- S103；其中，在S101和S102之间，参与方接收发起方发来包含有随机数，挑战数和提案消息的消息；判断本地的随机数与消息中的随机数是否一致；若是且同意所述提案消息，则对提案消息生成部分签名，生成新的随机数；把包含有部分签名和新的随机数的消息发送给发起方；若是且不同意所述提案消息，则发送拒绝所述提案消息的信息给发起方；若否，则不对所述提案消息签名，向发起方发送本地的随机数。
所述重复S101-S103的前提为：若超过设定响应时间仍未收到提案消息通过要求的数量的部分签名，若未响应的参与方的节点数量、与拒绝提案消息的参与方的节点数量之和，小于拒绝提案消息所需的数量，则重复S101- S103；否则输出提案信息未通过，无法生成聚合签名。如图6所示。
所述根据所有参与方的随机数生成一个挑战数，进一步为：采用Ed25519算法根据所有参与方的随机数生成一个挑战数。
所述对提案消息生成部分签名，进一步为：采用Ed25519算法对提案消息生成部分签名。
所述S102还包括记录参与方的新的随机数，用以更新参与方随机数列表。所述参与方随机数列表的更新方法包括S101和S102。参与方随机数列表，由发起方记录的多个参与方的新的随机数构成。
一种交互式聚合签名方法，适用于参与方所在节点，如图7所示，包括：
S201、接收发起方发来包含有随机数，挑战数和提案消息的消息；判断本地的随机数与消息中的随机数是否一致；若是且同意所述提案消息，则S202、对提案消息生成部分签名，生成新的随机数；把包含有部分签名和新的随机数的消息发送给发起方；若是且不同意所述提案消息，则S203、发送拒绝所述提案消息的信息给发起方；若否，则S204、不对所述提案消息签名，向发起方发送本地的随机数。其中，发起方接收参与方的消息，若消息中含有部分签名，则记录下来部分签名；判断记录的部分签名的数量是否达到提案消息通过要求的数量；若是，则将这些部分签名生成一个聚合签名所述对提案消息生成部分签名，进一步为：采用Ed25519算法对提案消息生成部分签名。
可选的实施方式是，如图1-3所示，一种将交互式聚合签名计算流水线化的方法，该方法具体包括如下步骤：
S1：系统开始时，发起方假定所有参与方的随机数都是0。当发起方有新的提案要发起投票时，发起方根据Ed25519的生成挑战数的方法，根据所有参与方的随机数生成一个挑战数，并将（该参与方的随机数，挑战数，提案消息）分别发送给对应参与方；
S2：参与方收到发起方的消息，首先判断自己本地的随机数是否与消息中的随机数一致。如果一致并且同意该提案，则参与方通过Ed25519的生成部分签名的算法对提案消息生成部分签名，并生成新的随机数，记录在本地，把（部分签名，新的随机数）发送给发起方；如果一致但不同意该提案，则发送拒绝提案消息给发起方；如果不一致，则参与方仅把本地的随机数发送给发起方，不对该提案进行签名；
S3：发起方收到参与方的消息，如果是部分签名，则记录下来。如果记录的部分签名的数量达到提案通过的要求的数量，发起方通过Ed25519的签名聚合方法将这些部分签名聚合成一个聚合签名。如果含有随机数，则更新发起方记录的该参与方目前最新的随机数列表；如果超过最大响应时间T，还没有收到足够数量的部分签名，但是未响应的节点数量+拒绝提案的节点数量小于拒绝提案所需要的数量，则发起方将按照S1重新发起对该提案的投票。
可选的实施方式是，所述的S1中，系统初始时，发起方不需要正确地配置所有参与方的随机数，而是通过S2,S3动态地更新参与方随机数列表。这可以简化系统初始化的配置，增加系统的安全性。
可选的实施方式是，所述的S2中，当参与方同意该提案，不仅会把部分签名发送给发起方，还会把下次提案所需要的随机数也一同发给发起方。这样通过流水化，在为本次提案签名的同时，也为下次提案的签名提前做了准备，减少了一次消息的传输。
可选的实施方式是，所述的S3中，发起方只需要收到足够数量的部分签名就可以生成对应提案的聚合签名，而不需要等待所有参与方的回复。通过这个优化，发起方可以更快地生成聚合签名，从而更早地发起下一次提案请求，提升系统的效率。同时，这也避免了由于存在某些参与方出现故障，导致发起方无限等待故障节点投票的情况。
可选的实施方式是，所述的S3中，当出现票数不足的情况，发起方将会判断是否存在提案通过的可能性。通过更新参与方的随机数列表，发起方重新对该提案发起投票，正常节点将不会因为随机数不一致而无法投票。这保证了只要有足够数量的正常节点同意该提案，那么最终该提案一定可以生成聚合签名。
如图2所示，发起方0根据本地记录的各个参与方的随机数r1,r2,r3，生成挑战数c，并把对应参与方的随机数，挑战数，以及提案T发送给相应参与方。
如图3所示，参与方1收到发起方的消息，发现消息中的随机数与本地的随机数都是r1，参与方同意该提案，于是，参与方1计算出部分p1，生成新的随机数r1’，将（p1, r1’）发送给发起方；参与方2收到发起方的消息，发现消息中的随机数r2与本地的随机数r2’不一致，于是将r2’发送给发起方；参与方3与参与方1执行相同的逻辑。
如图4所示，发起方0收到参与方1，3的部分签名，如果提案T只需要两个人同意，那么发起方就可以通过r1,r2,r3以及p1,p3生成提案T的聚合签名；同时，发起方还会根据消息中的随机数更新本地的随机数列表为[r1’,r2’,r3’]。于是，如果有新的提案，就根据新的随机数列表，执行类似图2的流程。
通过该方法可以有效的降低在大量使用聚合签名的场景下的聚合签名计算的效率，提升使用聚合签名的系统的性能。
实施例2
本实施例提供了一种用于交互式聚合签名的设备，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以上所述的方法。
此外，本实施例提供了一种存储有计算机程序的存储介质，该程序被处理器执行时实现如以上实施例1所述的方法。
图1为本发明一实施例提供的一种用于交互式聚合签名的设备的结构示意图。
如图1所示，作为另一方面，本申请还提供了一种用于交互式聚合签名的设备，包括一个或多个中央处理单元（CPU）501，其可以根据存储在只读存储器（ROM）502中的程序或者从存储部分508加载到随机访问存储器（RAM）503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM503中，还存储有设备操作所需的各种程序和数据。CPU501、ROM502以及RAM503通过总线504彼此相连。输入/输出（I/O）接口505也连接至总线504。
以下部件连接至I/O接口505：包括键盘、鼠标等的输入部分506；包括诸如阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）等以及扬声器等的输出部分507；包括硬盘等的存储部分508；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分509。通信部分509经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器510也根据需要连接至I/O接口505。可拆卸介质511，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器510上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分508。
特别地，根据本申请公开的实施例，上述任一实施例描述的方法可以被实现为计算机软件程序。例如，本申请公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在机器可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包含用于执行上述任一实施例描述的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分509从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质511被安装。
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方法。
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，该模块、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，这根据所涉及的功能而定。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，可以通过执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以通过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，各所述单元可以是设置在计算机或移动智能设备中的软件程序，也可以是单独配置的硬件装置。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。
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 (10)
1.一种交互式聚合签名方法，适用于发起方所在节点，其特征在于，包括：
S101、根据所有参与方的随机数生成一个挑战数，并将参与方对应的随机数，挑战数和提案消息分别发送给对应参与方；
S102、接收参与方的消息，若消息中含有部分签名，则记录下来部分签名；
S103、判断记录的部分签名的数量是否达到提案消息通过要求的数量；
若是，则S104、将这些部分签名生成一个聚合签名；若否，则输出提案消息未通过,无法生成聚合签名，或重复S101-S103；
其中，在S101和S102之间，参与方接收发起方发来包含有随机数，挑战数和提案消息的消息；判断本地的随机数与消息中的随机数是否一致；
若是且同意所述提案消息，则对提案消息生成部分签名，生成新的随机数；把包含有部分签名和新的随机数的消息发送给发起方；
若是且不同意所述提案消息，则发送拒绝所述提案消息的信息给发起方；
若否，则不对所述提案消息签名，向发起方发送本地的随机数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述重复S101-S103的前提为：若超过设定响应时间仍未收到提案消息通过要求的数量的部分签名，则判断未响应的参与方的节点数量、与拒绝提案消息的参与方的节点数量之和，小于拒绝提案消息所需的数量，则重复S101- S103；若否，则输出提案信息未通过，无法生成聚合签名。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述根据所有参与方的随机数生成一个挑战数，进一步为：采用Ed25519算法根据所有参与方的随机数生成一个挑战数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述对提案消息生成部分签名，进一步为：采用Ed25519算法对提案消息生成部分签名。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述S102还包括记录参与方的新的随机数，用以更新参与方随机数列表。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：
所述参与方随机数列表的更新方法包括S101和S102。
7.一种交互式聚合签名方法，适用于参与方所在节点，其特征在于，包括：
S201、接收发起方发来包含有随机数，挑战数和提案消息的消息；判断本地的随机数与消息中的随机数是否一致；
若是且同意所述提案消息，则S202、对提案消息生成部分签名，生成新的随机数；把包含有部分签名和新的随机数的消息发送给发起方；
若是且不同意所述提案消息，则S203、发送拒绝所述提案消息的信息给发起方；
若否，则S204、不对所述提案消息签名，向发起方发送本地的随机数；
其中，发起方接收参与方的消息，若消息中含有部分签名，则记录下来部分签名；判断记录的部分签名的数量是否达到提案消息通过要求的数量；若是，则将这些部分签名生成一个聚合签名。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：
所述对提案消息生成部分签名，进一步为：采用Ed25519算法对提案消息生成部分签名。
9.一种用于交互式聚合签名的设备，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1-7中任一项所述的方法。
10.一种存储有计算机程序的存储介质，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
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