CN114401084B - 一种基于密文变换的第三方随机数传递方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于密文变换的第三方随机数传递方法，属于计算机网络应用密码学技术领域。首先，服务集群中的所有服务器约定所用椭圆曲线，生成自己的公私钥对，将每个服务器的公钥进行加和，得到服务集群的公钥。然后，接收方使用曲线参数生成自己的公私钥对。之后，发送方生成随机点，由点映射出待传递的随机数。使用服务集群公钥对随机点进行加密，并将密文发送至服务集群。服务集群中每个服务器分别以接收方的公钥为目标对密文进行转化。服务集群将所有服务器的转化结果与原密文进行加和，得到新密文。接收方从服务集群获得新密文，并使用自己的私钥解密，最终得到发送方传递的随机数。本方法实现了随机数经由第三方传递时的安全可靠。

Description

一种基于密文变换的第三方随机数传递方法

技术领域

本发明涉及一种基于密文变换的第三方随机数传递方法，属于计算机网络应用密码学技术领域。

背景技术

当今，随着网络化的不断加深，人们的各类活动越来越依赖于网络。互联网基础设施，可以认为是提供网络服务，包括接入网络、网站托管、CDN加速、域名服务等等。网络中的数据通过网线、光纤、卫星信号等不同方式进行不断的交换。这里，数据的安全性需要有一个保障，否则任何人都可以随意的接收和破解这些信号数据，从而获得隐私信息。

为了保证数据传输中的安全性，需要使用加密算法。简而言之，我们看到的信息都是一个个加密和解密的过程。这个过程中，最重要的环节就是随机数的加入。随机数作为网络中密码类应用的重要安全保障手段，在身份验证、数据通信、文件共享等领域具有重要意义。

随机数的生成和具体场景的服务，不能由同一方提供。随机数经由第三方传递时，往往面临严重的隐私泄露威胁。目前，常见的基于属性加密和代理重加密方法，均无法有效防止第三方代理的威胁。因此，如何降低对第三方的依赖，是当前的重点研究方向之一。

为了保障随机数服务的安全可靠，迫切需要一种实用的第三方随机数传递技术。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷，提出一种基于密文变换的第三方随机数传递方法，通过第三方向指定接收者传递一个随机数，同时保证数据的秘密性。

一种基于密文变换的第三方随机数传递方法。其网络数据传递系统包括发送方、接收方和服务集群。发送方能够通过第三方服务集群，向接收方安全地发送指定长度的随机数。服务集群由若干服务器组成。

步骤A：服务集群中的所有服务器约定所用椭圆曲线，生成自己的公私钥对。将每个服务器的公钥进行加和，得到服务集群的公钥，并将椭圆曲线参数和服务集群公钥公开。

步骤B：接收方使用曲线参数生成自己的公私钥对，并公开公钥。

步骤C：发送方生成随机点，由点映射出待传递的随机数。使用服务集群公钥对随机点进行加密，并将密文发送至服务集群。

步骤D：服务集群中每个服务器分别以接收方的公钥为目标，对密文进行转化。服务集群将所有服务器的转化结果与原密文进行加和，得到新密文。

步骤E：接收方从服务集群获得新密文，并使用自己的私钥解密，最终得到发送方传递的随机数。

有益效果

本发明方法，对比现有技术，具有以下优点：

1.本方法实现了去中心的第三方随机数传递；

2.使用本方法，能够让网络系统安全对第三方服务集群依赖程度低，仅需服务集群中任意一个服务器保持诚实，即可保证随机数不被攻击方获取。

3.数据传输行为可审计，每一次成功的随机数传递，在服务集群中均留有足够的可审计记录。

附图说明

图1是本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施过程做进一步详细说明。

如图1所示，一种基于密文变换的第三方随机数传递方法，包括以下步骤：

步骤A：服务集群中的所有服务器约定所用椭圆曲线(例如，国家密码管理局发布的SM2椭圆曲线公钥密码算法推荐曲线参数)。每个服务器S_i生成随机数私钥sk_i以及对应公钥pk_i＝[sk_i]B，[sk_i]B表示椭圆曲线上基点B的sk_i倍点。之后，将每个服务器S_i的公钥pk_i进行加和：pk_∑＝∑pk_i，得到服务集群的公钥。最后，将椭圆曲线参数和服务集群公钥公开，公开参数包括椭圆曲线G_p(a,b)及其生成元B。

步骤B：接收方使用曲线参数，生成随机数私钥sk_r以及对应公钥pk_r，pk_r＝[sk_r]B，并公开公钥pk_r。

步骤C：发送方生成随机点，由随机点映射出待传递的随机数。使用服务集群公钥对随机点进行加密，并将密文发送至服务集群。

其中，发送方生成随机点的方法为：

发送方首先生成临时随机数r_t，然后将其倍乘生成元B，得到随机点r_P：r_P＝[r_t]B＝(x,y)，其中，x、y表示随机点r_P的坐标。

随机数映射的方法为：

发送方所传递的随机数由函数f指定，f为椭圆曲线上点到数值的映射，即，随机数M＝f(r_P)。

使用服务集群公钥对随机点进行加密的方法为：

发送方生成加密随机数r，使用服务集群公钥pk_∑对随机点进行加密，得到密文其中，(C₁,C₂)表示构成密文的椭圆曲线上的点对，C₁、C₂分别表示密文左侧点、密文右侧点；[r]B表示生成元B的r倍点；pk_i表示服务器S_i的公钥；r_P表示随机点。

步骤D：首先，服务集群中的每个服务器S_i，分别以接收方的公钥pk_r为目标，对密文进行转化，从而生成自己的转化随机数r_i。转化计算公式如下：

(C_i,1,C_i,2)＝([r_i]B,-r*pk_i+r_i*pk_r) (1)

其中，r*pk_i＝r*B*sk_i＝C₁*sk_i；C_i,1、C_i,2分别表示服务器S_i转化得到的两个点；[r_i]B表示生成元的r_i倍点。

之后，服务集群将所有服务器的转化结果与原密文进行加和，得到新密文：

(C′₁，C′₂)＝(∑C_i，1，C₂+∑C_i，2)＝(r′*B，r_P+r′*pk_r) (2)

其中，r′表示各服务器生成的随机数的加和，r′＝∑r_i；C′₁、C′₂分别表示新密文左侧点、新密文右侧点。

步骤E：接收方从服务集群获得新密文，并使用自己的私钥对其进行解密，接收方对得到的随机点r_P使用约定的映射函数f，最终得到发送方传递的随机数M＝f(r_P)。

其中，密文解密方法为：

对于转化的密文(C′₁，C′₂)＝(r′*B，r_P+r′*pk_r)，接收方使用自己的私钥sk_r倍乘密文左侧点C′₁，得到sk_r*r′*B＝r′*pk_r。再使用右侧点C′₂减去该结果：r_P＝C′₂-r′*pk_r，得到随机点r_P。

函数f可以是任意临时约定的由所选椭圆曲线上点到具体数值的映射。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于密文变换的第三方随机数传递方法，其网络数据传递系统包括发送方、接收方和服务集群；发送方能够通过第三方服务集群，向接收方安全发送指定长度的随机数；

其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：服务集群中的所有服务器约定所用椭圆曲线，生成自己的公私钥对；将每个服务器的公钥进行加和，得到服务集群的公钥，并将椭圆曲线参数和服务集群公钥公开；

步骤B：接收方使用曲线参数生成自己的公私钥对，并公开公钥；

步骤C：发送方生成随机点，由点映射出待传递的随机数；使用服务集群公钥对随机点进行加密，并将密文发送至服务集群；

步骤D：服务集群中每个服务器分别以接收方的公钥为目标，对密文进行转化；服务集群将所有服务器的转化结果与原密文进行加和，得到新密文；

步骤E：接收方从服务集群获得新密文，并使用自己的私钥解密，最终得到发送方传递的随机数。

2.如权利要求1所述的一种基于密文变换的第三方随机数传递方法，其特征在于，步骤C中，发送方生成随机点的方法为：

发送方首先生成临时随机数r_t，然后将其倍乘生成元B，得到随机点r_P：r_P＝[r_t]B＝(x,y)，其中，x、y表示随机点r_P的坐标。

3.如权利要求1所述的一种基于密文变换的第三方随机数传递方法，其特征在于，步骤C中，随机数映射的方法为：

发送方所传递的随机数由函数f指定，f为椭圆曲线上点到数值的映射，即，随机数M＝f(r_P)，r_P为随机点。

4.如权利要求1所述的一种基于密文变换的第三方随机数传递方法，其特征在于，步骤C中，使用服务集群公钥对随机点进行加密的方法为：

发送方生成加密随机数r，使用服务集群公钥pk_∑对随机点进行加密，得到密文

其中，(C₁,C₂)表示构成密文的椭圆曲线上的点对，C₁、C₂分别表示密文左侧点、密文右侧点；[r]B表示生成元B的r倍点；pk_i表示服务器S_i的公钥；r_P表示随机点。

5.如权利要求1所述的一种基于密文变换的第三方随机数传递方法，其特征在于，步骤D中，服务器对密文进行转化的方法为：

服务集群中的每个服务器S_i，分别以接收方的公钥pk_r为目标，对密文进行转化，从而生成自己的转化随机数r_i，转化计算公式如下：

(C_i,1,C_i,2)＝([r_i]B,-r*pk_i+r_i*pk_r) (1)

其中，r*pk_i＝r*B*sk_i＝C₁*sk_i；C_i,1、C_i,2分别表示服务器S_i转化得到的两个点；pk_i表示服务器S_i的公钥；[r_i]B表示生成元B的r_i倍点；r为加密随机数；sk_i表示服务器S_i生成的随机数私钥；(C₁,C₂)为构成密文的椭圆曲线上的点对，C₁、C₂分别表示密文左侧点、密文右侧点。

6.如权利要求1所述的一种基于密文变换的第三方随机数传递方法，其特征在于，步骤D中，服务集群得到新密文的方法为：

服务集群将所有服务器的转化结果与原密文进行加和，得到新密文：

(C′₁,C′₂)＝(∑C_i,1,C₂+∑C_i,2)＝(r′*B,r_P+r′*pk_r) (2)

其中，r′表示各服务器生成的随机数的加和，r′＝∑r_i；C′₁、C′₂分别表示新密文左侧点、新密文右侧点；C_i,1、C_i,2分别表示服务器S_i转化得到的两个点；r_P为随机点；(C₁,C₂)为构成密文的椭圆曲线上的点对，C₂表示密文右侧点；pk_r为接收方的公钥；B为生成元。

7.如权利要求1所述的一种基于密文变换的第三方随机数传递方法，其特征在于，步骤E中，密文解密方法为：

对于转化的密文(C′₁,C′₂)＝(r′*B,r_P+r′*pk_r)，接收方使用自己的私钥sk_r倍乘密文左侧点C′₁，得到sk_r*r′*B＝r′*pk_r；再使用右侧点C′₂减去该结果：r_P＝C′₂-r′*pk_r，得到随机点r_P；

其中，C′₁、C′₂分别表示新密文左侧点、新密文右侧点；r′表示各服务器生成的随机数的加和；B为生成元；r_P为随机点；pk_r为接收方的公钥。