CN116318739A - 一种电子数据交换方法及系统 - Google Patents

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CN116318739A CN202310579913.2A CN202310579913A CN116318739A CN 116318739 A CN116318739 A CN 116318739A CN 202310579913 A CN202310579913 A CN 202310579913A CN 116318739 A CN116318739 A CN 116318739A
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Abstract

本发明公开一种电子数据交换方法及系统，涉及信息安全技术领域，该方法包括：数据发送者根据随机分量计算加密密钥，根据加密密钥对消息明文加密得到消息密文，通过椭圆曲线算法计算委托签名，将携带随机分量、消息密文和委托签名的第一消息发送到数据服务中心；数据服务中心基于椭圆曲线算法对委托签名进行验证，通过验证后基于委托签名计算授权签名公钥，根据授权签名公钥、消息密文和数据接收者身份标识生成代理签名，将携带代理签名和加密随机分量的第二消息发送到数据接收者；数据接收者解密第二消息中的加密随机分量，根据解密后的随机分量计算加密密钥，根据加密密钥解密消息密文，得到消息明文。本发明提高数据传输的安全性。

Description

一种电子数据交换方法及系统
技术领域
本发明涉及信息安全技术领域，特别是涉及一种电子数据交换方法及系统。
背景技术
智慧城市已经成为公认的未来城市形态，人们期待通过它，以更新的技术和理念来实现人与城市、人与人之间的理想对话。为智慧城市的长期建设架设一个电子政务平台，可以为城市运行提供更加可靠的决策依据和更加稳定的系统框架，进而惠及更为广阔的民生领域。
电子政务通过网络使公众和政府机构直接，方便地获取信息，持续不断地优化政府组织机构工作流程，提高政府的管理效率，精简政府的管理机构，降低政府运行成本，改进政府的服务水平。虽然电子政务的发展已经取得了一些成效，但也存在诸多不足之处，如数据传输过程中数据安全和身份隐私保护还有待提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种电子数据交换方法及系统，提高数据传输的安全性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种电子数据交换方法，包括：
数据发送者计算随机分量，根据所述随机分量计算加密密钥，根据所述加密密钥对消息明文进行加密得到消息密文，通过椭圆曲线算法计算委托签名，将携带随机分量、消息密文和委托签名的第一消息发送到数据服务中心；
数据服务中心接收到所述第一消息后，基于椭圆曲线算法对委托签名进行验证，通过委托签名验证后，基于委托签名计算授权签名公钥，根据授权签名公钥、消息密文和数据接收者身份标识生成代理签名，将携带代理签名和加密随机分量的第二消息发送到数据接收者；
数据接收者在设定时间内接收多个所述第二消息，对于每个所述第二消息，解密所述第二消息中的加密随机分量，得到解密后的随机分量，根据解密后的随机分量计算对消息明文进行加密的加密密钥，根据计算得到的加密密钥解密对应消息密文，得到消息明文。
本发明还公开了一种电子数据交换系统，包括：数据服务中心、数据发送者和数据接收者；
数据发送者用于计算随机分量，根据所述随机分量计算加密密钥，根据所述加密密钥对消息明文进行加密得到消息密文，通过椭圆曲线算法计算委托签名，将携带随机分量、消息密文和委托签名的第一消息发送到数据服务中心；
数据服务中心用于接收到所述第一消息后，基于椭圆曲线算法对委托签名进行验证，通过委托签名验证后，基于委托签名计算授权签名公钥，根据授权签名公钥、消息密文和数据接收者身份标识生成代理签名，将携带代理签名和加密随机分量的第二消息发送到数据接收者；
数据接收者用于在设定时间内接收多个所述第二消息，对于每个所述第二消息，解密所述第二消息中的加密随机分量，得到解密后的随机分量，根据解密后的随机分量计算对消息明文进行加密的加密密钥，根据计算得到的加密密钥解密对应消息密文，得到消息明文。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明数据发送者委托数据服务中心生成代理签名，通过数据服务中心的代理签名向数据接收者发送消息密文，降低了签名伪造的可能性，提高了数据传输的安全性，另外，通过随机分量生成加密密钥对消息明文进行加密，进一步提高了数据传输的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电子数据交换方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种电子数据交换系统结构示意图。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种电子数据交换方法及系统，提高数据传输的安全性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示，本发明一种电子数据交换方法，包括：
步骤101：数据发送者计算随机分量，根据所述随机分量计算加密密钥，根据所述加密密钥对消息明文进行加密得到消息密文，通过椭圆曲线算法计算委托签名，将携带随机分量、消息密文和委托签名的第一消息发送到数据服务中心。
步骤102：数据服务中心接收到所述第一消息后，基于椭圆曲线算法对委托签名进行验证，通过委托签名验证后，基于委托签名计算授权签名公钥，根据授权签名公钥、消息密文和数据接收者身份标识生成代理签名，将携带代理签名和加密随机分量的第二消息发送到数据接收者。
步骤103：数据接收者在设定时间内接收多个所述第二消息，对于每个所述第二消息，解密所述第二消息中的加密随机分量，得到解密后的随机分量，根据解密后的随机分量计算对消息明文进行加密的加密密钥，根据计算得到的加密密钥解密对应消息密文，得到消息明文。
步骤101至步骤103为数据发送者通过数据服务中心与数据接收者进行数据传输的过程，即内外网进行数据交换的过程，内网处于防火墙保护内，外网表示正常无线网络内，数据发送者处于内网，数据接收者处于外网。
步骤101之前，本发明一种电子数据交换方法还包括系数初始化：数据服务中心（DataService Center，DSC）在椭圆曲线
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上选择大素数q，P是群Ｇ的生成元。DSC选择安全的第一哈希函数/>
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本实施例中，假设电子政务系统中共拥有n个数据发送者。
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步骤101之前，本发明一种电子数据交换方法还包括：数据发送者和数据接收者分别向数据服务中心进行身份注册的过程。
数据发送者和数据接收者分别向数据服务中心进行身份注册的过程具体包括如下步骤。
数据发送者向数据服务中心发送注册身份请求信息时，数据发送者首先将自己的身份标识通过安全通道发送到数据服务中心。
数据服务中心接收到数据发送者的注册身份请求信息时，随机选择一个正整数作为第一正整数，将所述第一正整数输入拉格朗日插值多项式生成份额，根据第一正整数、第一随机数、份额、数据发送者的身份标识和第一哈希函数生成临时身份，根据第一随机数生成第一公钥，根据第一随机数、第一公钥和第一哈希函数生成第一签名，并将携带第一正整数、第一随机数、份额、第一公钥、第一签名和所述临时身份的第一注册消息发送到数据发送者。该步骤具体包括：当DSC收到数据发送者的身份标识
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数据发送者接收到所述第一注册消息后，根据第一正整数、第一随机数、份额、第一公钥和数据发送者的身份标识验证所述第一签名，当通过所述第一签名信息的验证后，保存第一随机数、第一公钥、所述临时身份、第一正整数和份额。该步骤具体包括：当
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没有通过对第一签名的验证，停止后续步骤，第一签名的验证保证了接收的数据安全性。
数据接收者向数据服务中心发送注册身份请求信息，数据接收者首先将自己的身份标识通过安全通道发送到数据服务中心。
数据服务中心接收到数据接收者的注册身份请求信息时，根据第二随机数生成第二公钥，根据第二随机数、第二公钥、数据接收者的身份标识和第一哈希函数生成第二签名，将携带第二随机数、第二公钥和第二签名的第二注册消息发送到数据接收者。该步骤具体包括：当DSC收到身份信息后，DSC首先选择一个第二随机数
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第一哈希函数和第二哈希函数均用于对输入的多个参数进行异或操作。
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来验证数据接收者的身份，数据接收者通过验证第三签名/>
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来验证数据服务中心的身份，实现了身份验证。
本发明数据交换实体通过时间戳来保证消息的新鲜性。
本发明通过代理签名（数据服务中心）可以产生签名授权人（数据发送者）的合法代理签名，但签名授权人和其他非代理签名人不能产生一个合法的代理签名。由此，消息的安全性得到保证。
本发明数据发送者的消息通过AES对称加密算法进行加密，而密钥是由秘密共享算法生成，因此数据发送者发送错误过多会导致不能有效的解密对应消息。因此，数据的完整性和安全性得到了保证。
本发明数据发送者是通过临时身份进行通信的，因此，实现了数据发送者的匿名通信，保证了数据发送者的隐私安全。
本发明使得一组电子政务数据安全的发送，通过椭圆曲线算法和代理签名保证消息的不可伪造性，并通过秘密共享算法生成消息加/解密钥，同时通过AES对称加密算法对消息进行加密，保证了消息的安全性。在本发明方法中，通过临时身份进行通信，保证了身份的隐私性。本发明方法在电子政务数据交换中的效率更高，所需的存储空间较小，适用于计算能力较弱的设备。利用本发明，电子政务系统可以安全、高效的进行数据交换。
实施例2
如图2所示，本发明公开了一种电子数据交换系统，包括：数据发送者201、数据服务中心202和数据接收者203。
数据发送者201用于计算随机分量，根据所述随机分量计算加密密钥，根据所述加密密钥对消息明文进行加密得到消息密文，通过椭圆曲线算法计算委托签名，将携带随机分量、消息密文和委托签名的第一消息发送到数据服务中心。
数据服务中心202用于接收到所述第一消息后，基于椭圆曲线算法对委托签名进行验证，通过委托签名验证后，基于委托签名计算授权签名公钥，根据授权签名公钥、消息密文和数据接收者身份标识生成代理签名，将携带代理签名和加密随机分量的第二消息发送到数据接收者。
数据接收者203用于在设定时间内接收多个所述第二消息，对于每个所述第二消息，解密所述第二消息中的加密随机分量，得到解密后的随机分量，根据解密后的随机分量计算对消息明文进行加密的加密密钥，根据计算得到的加密密钥解密对应消息密文，得到消息明文。
数据发送者的数量为n个，数据接收者用于在设定时间内接收n个所述第二消息，n为大于1的整数。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种电子数据交换方法，其特征在于，包括：
数据发送者计算随机分量，根据所述随机分量计算加密密钥，根据所述加密密钥对消息明文进行加密得到消息密文，通过椭圆曲线算法计算委托签名，将携带随机分量、消息密文和委托签名的第一消息发送到数据服务中心；
数据服务中心接收到所述第一消息后，基于椭圆曲线算法对委托签名进行验证，通过委托签名验证后，基于委托签名计算授权签名公钥，根据授权签名公钥、消息密文和数据接收者身份标识生成代理签名，将携带代理签名和加密随机分量的第二消息发送到数据接收者；
数据接收者在设定时间内接收多个所述第二消息，对于每个所述第二消息，解密所述第二消息中的加密随机分量，得到解密后的随机分量，根据解密后的随机分量计算对消息明文进行加密的加密密钥，根据计算得到的加密密钥解密对应消息密文，得到消息明文。
2.根据权利要求1所述的电子数据交换方法，其特征在于，数据发送者计算随机分量，根据所述随机分量计算加密密钥，根据所述加密密钥对消息明文进行加密得到消息密文，通过椭圆曲线算法计算委托签名，将携带随机分量、消息密文和委托签名的第一消息发送到数据服务中心之前，还包括：
数据服务中心接收到数据发送者的注册身份请求信息时，随机选择一个正整数作为第一正整数，将所述第一正整数输入拉格朗日插值多项式生成份额，根据第一正整数、第一随机数、份额、数据发送者的身份标识和第一哈希函数生成临时身份，根据第一随机数生成第一公钥，根据第一随机数、第一公钥和第一哈希函数生成第一签名，并将携带第一正整数、第一随机数、份额、第一公钥、第一签名和所述临时身份的第一注册消息发送到数据发送者；
数据发送者接收到所述第一注册消息后，根据第一正整数、第一随机数、份额、第一公钥和数据发送者的身份标识验证所述第一签名，当通过所述第一签名信息的验证后，保存第一随机数、第一公钥、所述临时身份、第一正整数和份额。
3.根据权利要求2所述的电子数据交换方法，其特征在于，数据发送者计算随机分量，根据所述随机分量计算加密密钥，根据所述加密密钥对消息明文进行加密得到消息密文，通过椭圆曲线算法计算委托签名，将携带随机分量、消息密文和委托签名的第一消息发送到数据服务中心之前，还包括：
数据服务中心接收到数据接收者的注册身份请求信息时，根据第二随机数生成第二公钥，根据第二随机数、第二公钥、数据接收者的身份标识和第一哈希函数生成第二签名，将携带第二随机数、第二公钥和第二签名的第二注册消息发送到数据接收者；
数据接收者接收到所述第二注册消息后，根据第二随机数和第二公钥验证所述第二签名，当通过所述第二签名的验证后，保存第二随机数和第二公钥。
4.根据权利要求3所述的电子数据交换方法，其特征在于，所述数据发送者计算随机分量，根据所述随机分量计算加密密钥，根据所述加密密钥对消息明文进行加密得到消息密文，通过椭圆曲线算法计算委托签名，将携带随机分量、消息密文和委托签名的第一消息发送到数据服务中心，具体包括：
根据公式
Figure QLYQS_1
计算加密密钥；
根据所述加密密钥，采用对称加密算法加密对消息明文进行加密得到消息密文；
根据公式
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计算第一临时公钥；
根据公式
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计算所述委托签名；
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表示第一哈希函数，/>
Figure QLYQS_10
表示有限域中随机选择的一个值，/>
Figure QLYQS_4
表示所述随机分量，/>
Figure QLYQS_11
表示所述第一临时公钥，/>
Figure QLYQS_12
表示第三随机数，P表示生成元，/>
Figure QLYQS_14
表示第一临时公钥的值在椭圆曲线上的横坐标，/>
Figure QLYQS_6
表示第一临时公钥的值在椭圆曲线上的纵坐标，/>
Figure QLYQS_8
表示第一随机数，/>
Figure QLYQS_9
表示第二哈希函数，/>
Figure QLYQS_13
表示第一时间戳，K表示系统公钥。
5.根据权利要求2所述的电子数据交换方法，其特征在于，所述数据发送者计算随机分量时的公式表示为：
Figure QLYQS_15
；
其中，
Figure QLYQS_16
表示随机分量，/>
Figure QLYQS_17
表示所述份额，/>
Figure QLYQS_18
表示第一正整数，/>
Figure QLYQS_19
表示第r个正整数，r取值为1至m，m表示大于1的正整数。
6.根据权利要求2所述的电子数据交换方法，其特征在于，所述拉格朗日插值多项式表示为：
Figure QLYQS_20
；
其中，x表示所述拉格朗日插值多项式的输入值，
Figure QLYQS_21
为第一系数，/>
Figure QLYQS_22
为第二系数，
Figure QLYQS_23
为第t个系数，q表示大素数，mod表示取余数运算。
7.一种电子数据交换系统，其特征在于，包括：数据服务中心、数据发送者和数据接收者；
数据发送者用于计算随机分量，根据所述随机分量计算加密密钥，根据所述加密密钥对消息明文进行加密得到消息密文，通过椭圆曲线算法计算委托签名，将携带随机分量、消息密文和委托签名的第一消息发送到数据服务中心；
数据服务中心用于接收到所述第一消息后，基于椭圆曲线算法对委托签名进行验证，通过委托签名验证后，基于委托签名计算授权签名公钥，根据授权签名公钥、消息密文和数据接收者身份标识生成代理签名，将携带代理签名和加密随机分量的第二消息发送到数据接收者；
数据接收者用于在设定时间内接收多个所述第二消息，对于每个所述第二消息，解密所述第二消息中的加密随机分量，得到解密后的随机分量，根据解密后的随机分量计算对消息明文进行加密的加密密钥，根据计算得到的加密密钥解密对应消息密文，得到消息明文。
8.根据权利要求7所述的电子数据交换系统，其特征在于，数据发送者的数量为n个，数据接收者用于在设定时间内接收n个所述第二消息，n为大于1的整数。
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