CN116842584A - 一种基于一次盲签名的电子取证方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于一次盲签名的电子取证方法，属于电子取证技术领域，包括：事故双方生成私钥和公钥，将公钥发送给验证者；车辆消息拥有者将车辆信息盲化，将盲化后的消息发送给事故双方；事故双方利用私钥对盲化后的消息进行签名后，将盲化签名发送给车辆消息拥有者；车辆消息拥有者对收到的盲化签名执行去盲算法后输出消息签名对；验证者利用事故双方的公钥对消息签名对进行验证并对事故分析定责。该方法相比现有技术具有签名长度短、公钥尺寸小、执行效率高的优点。

Description

一种基于一次盲签名的电子取证方法

技术领域

本发明属于电子取证技术领域，具体涉及一种基于一次盲签名的电子取证方法。

背景技术

交通事故的责任认定通常是由交管部门对事故现场勘测、调查后，对事故原因做出认定，根据当事人过错的程度，归属其责任。随着汽车智能化、电子化安全技术的发展和应用，车辆驾驶事故原因的收集和分析变得越来越复杂，责任界定非常困难。另外还有人为因素，比如骗保，不承认事故等，严重影响执法效率和交通状况。除此之外，事故车辆内部车辆信息，例如行车记录仪、多媒体信息导航系统等隐私信息不方便公开。因此，从执法效率和用户信息隐私保护的角度来看，车辆信息盲化对于事故恢复和认定非常重要，能够高效的判断定责，同时也能够保护用户的隐私数据不被篡改或者窃听。

盲签名是一类特殊的数字签名，用户在拥有一个待签署的消息时，首先使用一个秘密的盲化因子与消息进行运算并使得该消息对于其他人而言可以看作一个随机值，该过程为消息盲化。随后，用户将盲化后的消息发送给签名者。签名者在得到盲化的消息后对消息进行签名并生成一对盲化的消息签名。在签名者公开盲化的消息签名对之后，用户将盲化信息签名对去盲后公布该消息和签名。

盲签名要求用户可以在不泄露消息具体内容的情况下，获取签名者对该消息的签名。1982年，Chaum等人首次提出了盲签名算法。2009年，Overbeck提出了第一个基于编码的盲签名方案，这个方案是基于拟循环码构造的，但是该方案的签名中包括一个静态的PkP-Proof并且要求所有签名都是相同的范式，因此签名尺寸长，签名生成效率慢，实用性不高。2016年，Chen等人基于CVA身份认证协议提出了一种盲签名算法。该方案将级联的CVA协议与q元域下的CFS签名算法相结合。2017年，Blazy等人提出了在汉明度量下将级联的Stern协议与CFS签名算法相结合的盲签名算法并给出了通过将CFS算法替换为RankSign算法可拓展到秩度量下。但该方案同样存在签名长度长、公钥尺寸大的缺点。2021年，Qi等人提出了一种秩距离下基于Durandal变体的盲签名方案，由于秩距离编码的构造特点，使得该方案有着较小的密钥尺寸。2022年，Ren等人提出了一种基于QC-MDPC码的盲签名方案，该方案利用QC-MDPC码的准循环特性，使得方案有更紧凑的公钥。2022年，Chen等人提出了一个单轮欺骗概率为1/2的三重认证方案，通过该方案同样满足盲性。

目前的电子取证方案大多基于区块链技术，2017年，Zhang等人提出了一个基于区块链的云取证方案，该方案在提供证据的同时可以实现身份的隐私保护；但方案的效率和安全均受限于中心信任节点。2019年，Mecheran等利用区块链技术实现了物联网新型取证框架，但是方案存在时延问题。

现有技术中能抵抗量子攻击的基于编码的盲签名算法，由于存在欺骗概率，需要重复多次执行才能达到相应安全级别，因此，其公私钥尺寸大，签名长度短，通信效率低。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于一次盲签名的电子取证方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于一次盲签名的电子取证方法，包括：

事故双方生成私钥和公钥，将公钥发送给验证者；

车辆消息拥有者将车辆信息盲化，将盲化后的消息发送给事故双方；

事故双方利用私钥对盲化后的消息进行签名后，将盲化签名发送给车辆消息拥有者；

车辆消息拥有者对收到的盲化签名执行去盲算法后输出消息签名对；

验证者利用事故双方的公钥对消息签名对进行验证并对事故分析定责。

进一步，所述事故双方生成私钥和公钥，包括：

选择生成方案所需要的参数(n,k,n',k',l,w₁,w₂,d_GV)；其中n＝ln'，w₁和w₂是两个正整数，d_GV是随机[n,k]线性码的GV边界；l是系统生成矩阵的个数；k是随机[n,k]线性码的维度；k'是随机[n',k']线性码的维度

随机选择二元域F2上随机[n,k]线性码的(n-k)×n校验矩阵H；

随机选择l个不同的F₂上随机[n',k']线性码的系统生成矩阵E₁,E₂,…,E_l，即E_i＝[I|R_i]；其中I是k'×k'的单位矩阵，R_i是k'×(n'–k')的矩阵，其中，i＝1,2,…,l；

计算私钥E＝P₁[E₁|E₂|…|E_l]P₂；其中P₁是一个F₂上k'×k'随机置换矩阵，P₂是一个F₂上n×n的随机置换矩阵；

计算矩阵S＝HE^T和H作为公钥。

进一步，所述车辆消息拥有者将车辆信息盲化，包括：

选择一个公开的受限权重函数WRH:

事故双方通过密钥协商协议随机在F₂中选择重量为w₂的n长向量e，并计算s＝He^T，将s发送给车辆消息拥有者；

车辆消息拥有者将消息m和s输入到受限权重函数WRH中，得到k'比特长比特串c，即c＝WRH(m,s)；

随机选取k'长向量α，n长向量β，使用受限权重函数WRH计算θ＝WRH(s–Sα^T–Hβ^T,c)；

计算盲化后的消息θ^*＝WRH(θ–α)，将盲化后的消息θ*发送给事故双方。

进一步，所述事故双方利用私钥对盲化后的消息进行签名后，将盲化签名发送给车辆消息拥有者，包括：

事故双方对盲化消息进行签名z’＝θ^*E+e；

判断z’的重量是否满足wt_H(z’)≤l(w₁+n'–k')+w₂≤d_GV；若满足，将计算的盲化签名z’发送给车辆消息拥有者。

进一步，所述车辆消息拥有者对收到的盲化签名执行去盲算法后输出消息签名对，包括：

车辆消息拥有者收到盲化消息对应的盲化签名z’后，进行去盲操作，得到最终的签名z＝z’–β并计算o＝θ–θ^*–α；输出签名消息对(M,z,θ,s,o)。

进一步，所述验证者利用事故双方的公钥对消息签名对进行验证，包括：

判断z的重量是否满足wt_H(z)≤l(w₁+n'–k')+w₂≤d_GV以及是否满足WRH(Hz^T–Sθ^T+So^T,c)＝θ，若都满足，则签名正确，否则签名验证失败。

本发明提供的一种基于一次盲签名的电子取证方法具有以下有益效果：

本发明所提出的一次盲签名方案由于拒绝采样，其挑战欺骗概率可以忽略。因此，算法执行一次就可以满足相应的安全级别，无需重复多次执行也不需要执行译码算法，大大降低了通信开销。与其他方案相比，具有签名长度短、公钥尺寸小、执行效率高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，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为本发明实施例的一种基于一次盲签名的电子取证方法示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

本发明提供了一种基于一次盲签名的电子取证方法，具体如图1所示，包括：事故双方生成私钥和公钥；事故双方将公钥发送给车辆消息拥有者，车辆消息拥有者将车辆信息盲化后，将盲化后的消息发送给事故双方；事故双方利用私钥对盲化后的消息进行签名后，将盲化签名发送给车辆消息拥有者；车辆消息拥有者对收到的盲化签名执行去盲算法后得到盲化签名，并输出消息签名对盲化签名去盲后输出签名消息对；验证者利用事故双方公钥对签名进行验证并对事故分析定责。

本发明提供了一种基于编码的一次盲签名方法，通过对签名内容进行盲化，得到较短的签名长度和密钥长度，有效提高通信效率。本发明还提供了一种将一次盲签名应用到车联网电子认证中的方法，通过将车辆状态信息进行盲化，有效保护车主的隐私信息，同时避免通信过程中信息被篡改、窃听。因此，本发明的实用性高。

以下为本发明实施细节：

①初始化阶段：

选择生成方案所需要的参数(n,k,n',k',l,w₁,w₂,d_GV)；其中n＝ln'，w₁和w₂是两个正整数，d_GV是随机[n,k]线性码的GV边界。

随机选择F2上随机[n',k']线性码的(n-k)×n校验矩阵H。

随机选择l个不同的F2上随机[n',k']线性码的系统生成矩阵E₁,E₂,…,E_l，即E_i＝[I|R_i]；其中I是k'×k'的单位矩阵，R_i是k'×(n'–k')的矩阵，其中，i＝1,2,…,l。计算私钥E＝P₁[E₁|E₂|…|E_l]P₂；其中P₁是一个F₂上k'×k'随机置换矩阵，P₂是一个F₂上n×n的随机置换矩阵。私钥E仅为签名方知道。

计算矩阵S＝HE^T和H作为公钥。选择一个公开的限制重量的hash函数WRH:该函数使用抗冲突散列函数SHA3-512和编码算法组合，可以将n₁-bit的消息编码成具有固定汉明重量w的n₂-bit消息，其中n₁≤n₂。

②盲化和盲化签名阶段：

Alice作为消息拥有者，Bob作为签名方进行双方交互。

签名方Bob随机选择即在F2中选择重量为w2的n长向量e，并计算s＝He^T，将s发送给消息拥有者Alice。

Alice收到Bob的消息后，通过将消息m和s输入到受限权重函数WRH中，得到k'比特长比特串c，即c＝WRH(m,s)。随机选取k'长向量α，n长向量β。使用受限权重函数WRH计算θ＝WRH(s–Sα^T–Hβ^T,c)。计算θ^*＝WRH(θ–α)，并将盲化后的消息θ*发送给Bob。

签名方Bob对盲化消息进行签名z’＝θ^*E+e，判断z’的重量是否满足wt_H(z’)≤l(w₁+n'–k')+w₂≤d_GV。若满足，将计算的盲化签名z’发送给Alice。

③去盲阶段：

Alice收到盲化消息对应的盲化签名z’后，进行去盲操作，得到最终的盲化签名盲化签名z＝z’–β并计算o＝θ–θ^*–α；输出签名消息对(M,z,θ,s,o)。

④签名验证阶段：

判断z的重量是否满足wt_H(z)≤l(w₁+n'–k')+w₂≤d_GV以及是否满足WRH(Hz^T–Sθ^T+So^T,c)＝θ，若满足以上两点，则签名正确，否则签名验证失败。

以下为本发明实施例：

将本发明提出的一次盲签名方案应用到车联网事故取证场景。在车联网事故当中，车辆作为消息拥有者，事故方作为签名者，警察等执法人员作为验证者。发生事故时，车辆对行车信息进行盲化处理，事故单方(或多方)用私钥对既定事故事实签字，而不得进行篡改。警察等认证机构等用公钥进行认证并判定事故责任。

具体为：

1)事故双方分别利用自己的身份ID通过密钥协商协议得到公钥H、S以及私钥E。

2)车辆作为消息拥有者，保存当前的状态信息，并利用系统预设的盲化因子α和β对电控电源、行车记录仪、多媒体信息导航系统、T-BOX等信息进行盲化处理，得到盲化的车辆信息。

3)涉事人员作为签名者只需要利用私钥E对事故事实以及所有车辆的盲化信息进行签字。由于用户不需要知道其他车辆所记录的具体信息，因此，车辆信息盲化能够保护车主的隐私信息，同时避免通信过程中消息被篡改、窃听。

4)警察得到去盲后的消息对事故进行分析定责，验证当事人的签名并将定责结果进行通知。

本发明可以实现：

(1)能够抵抗量子攻击。因为量子计算机的出现，现有的绝大多数基于数论困难问题的公钥密码算法。(RSA、Diffie-Hellman、椭圆曲线等)能被足够大和稳定的量子计算机攻破，本发明中所用算法的安全性是基于编码理论中的校验子译码(SD)问题、判定性校验子译码(DSD)问题、一般译码(GD)问题和判定性一般译码(DGD)问题，是基于编码理论的，因此能够抵抗目前已知的量子攻击算法：如Shor算法、Grover算法。

(2)在车联网中，对发生的交通事故进行电子取证，同时保护车辆及车主的敏感信息不被篡改、窃取，能够有效保护用户隐私。

(3)本方案有较短的签名长度和密钥长度，该方案所依赖的底层协议欺骗概率可忽略，执行一次就能满足安全需求，因此实现效率高。本发明实施例的方案在128bit安全下，签名长度仅为2.1KB。

以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于一次盲签名的电子取证方法，其特征在于，包括：

事故双方生成私钥和公钥，将公钥发送给验证者；

车辆消息拥有者将车辆信息盲化，将盲化后的消息发送给事故双方；

事故双方利用私钥对盲化后的消息进行签名后，将盲化签名发送给车辆消息拥有者；

车辆消息拥有者对收到的盲化签名执行去盲算法后输出消息签名对；

验证者利用事故双方的公钥对消息签名对进行验证并对事故分析定责。

2.根据权利要求1所述的一种基于一次盲签名的电子取证方法，其特征在于，所述事故双方生成私钥和公钥，包括：

选择生成方案所需要的参数(n,k,n',k',l,w₁,w₂,d_GV)；其中n＝ln'，w₁和w₂是两个正整数，d_GV是随机[n,k]线性码的GV边界；l是系统生成矩阵的个数；k是随机[n,k]线性码的维度；k'是随机[n',k']线性码的维度；

随机选择二元域F2上随机[n,k]线性码的(n-k)×n校验矩阵H；

随机选择l个不同的F₂上随机[n',k']线性码的系统生成矩阵E₁,E₂,…,E_l，即E_i＝[I|R_i]；其中I是k'×k'的单位矩阵，R_i是k'×(n'–k')的矩阵，其中，i＝1,2,…,l；

计算私钥E＝P₁[E₁|E₂|…|E_l]P₂；其中P₁是一个F₂上k'×k'随机置换矩阵，P₂是一个F₂上n×n的随机置换矩阵；

计算矩阵S＝HE^T和H作为公钥。

3.根据权利要求2所述的一种基于一次盲签名的电子取证方法，其特征在于，所述车辆消息拥有者将车辆信息盲化，包括：

选择一个公开的受限权重函数

事故双方通过密钥协商协议随机在F₂中选择重量为w₂的n长向量e，并计算s＝He^T，将s发送给车辆消息拥有者；

车辆消息拥有者将消息m和s输入到受限权重函数WRH中，得到k'比特长比特串c，即c＝WRH(m,s)；

随机选取k'长向量α，n长向量β，使用受限权重函数WRH计算θ＝WRH(s–Sα^T–Hβ^T,c)；

计算盲化后的消息θ^*＝WRH(θ–α)，将盲化后的消息θ*发送给事故双方。

4.根据权利要求3所述的一种基于一次盲签名的电子取证方法，其特征在于，所述事故双方利用私钥对盲化后的消息进行签名后，将盲化签名发送给车辆消息拥有者，包括：

事故双方对盲化消息进行签名z’＝θ^*E+e；

判断z’的重量是否满足wt_H(z’)≤l(w₁+n'–k')+w₂≤d_GV；若满足，将计算的盲化签名z’发送给车辆消息拥有者。

5.根据权利要求4所述的一种基于一次盲签名的电子取证方法，其特征在于，所述车辆消息拥有者对收到的盲化签名执行去盲算法后输出消息签名对，包括：

车辆消息拥有者收到盲化消息对应的盲化签名z’后，进行去盲操作，得到最终的签名z＝z’–β并计算o＝θ–θ^*–α；输出签名消息对(M,z,θ,s,o)。

6.根据权利要求5所述的一种基于一次盲签名的电子取证方法，其特征在于，所述验证者利用事故双方的公钥对消息签名对进行验证，包括：

判断z的重量是否满足wt_H(z)≤l(w₁+n'–k')+w₂≤d_GV以及是否满足WRH(Hz^T–Sθ^T+So^T,c)＝θ，若都满足，则签名正确，否则签名验证失败。