CN117454440A - 一种基于可追溯数字签名技术的科技档案认证方法及智慧管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可追溯数字签名技术的科技档案认证方法及智慧管理系统。其主要目标是实现科技档案的真实性验证、完整性保护、身份认证以及有效的智慧管理。首先，通过可追溯数字签名技术对档案进行签名，生成唯一的档案指纹，确保档案的真实性和完整性。然后，利用私钥密码体系对签名进行身份验证，保障档案提交者的身份真实可靠。此外，通过档案的有效管理，包括档案的存储、检索、更新和版本管理，以及权限控制、追溯和审计等，实现智慧管理系统。本发明将可追溯数字签名技术与智慧管理系统相结合，提供了一种全新的档案认证方法，使得科技档案的管理和应用更加智能、高效、安全，同时也大大提升了档案的使用价值和实用性。

Description

一种基于可追溯数字签名技术的科技档案认证方法及智慧管 理系统

技术领域

本发明涉及档案管理和数字签名技术领域，尤其是一种基于可追溯数字签名技术保证科技档案真实性、完整性和不可否认性的科技档案认证方法和智慧管理系统。

背景技术

在当今数字化时代，科技档案的认证和管理变得至关重要。科技档案是指包含了企业、学术机构和个人创新性科技成果的信息，包括专利、论文、实验数据等。这些档案的真实性和完整性对于知识产权保护、合规性审核和科技成果的评估具有重要意义。随着数字科技的发展，大量的科技档案开始数字化，但同时也带来了档案被篡改和伪造的风险。为了解决这个问题，需要一种能够保证科技档案真实性、完整性和不可否认性的有效方法。

传统的科技档案认证方法存在一些问题。首先，传统的认证方式通常依赖于纸质文件，容易造假和篡改。纸质档案易于被人为篡改、丢失或损坏，无法提供可靠的数据保护和身份验证。其次，传统认证方式的验证流程通常较为繁琐，耗时且容易出现人为错误。例如，需要人工比对多个副本或查阅大量文件以确认档案的真实性。最后，传统方式难以实现对科技档案的全面管理和追溯。档案的存储和检索通常基于物理文件，无法满足快速访问和便捷管理的需求。

数字签名技术作为一种安全有效的认证手段，可以解决上述问题。数字签名技术基于公钥加密和哈希算法，通过将档案信息与签名者的私钥进行加密，生成唯一的数字签名。验证过程中，接收者可以使用签名者的公钥对数字签名进行解密，并通过哈希算法对比解密后的哈希值与原始档案的哈希值是否一致，以验证档案的完整性和真实性。这个数字签名可以用于验证档案的完整性、真实性和签名者的身份。

基于可追溯数字签名技术的科技档案认证方法及智慧管理系统是一种创新的解决方案。该方法利用数字签名技术对科技档案进行认证，确保档案的完整性和真实性，并提供可靠的身份验证。此技术主要包含了公钥基础设施、哈希算法和安全存储技术等。同时，智慧管理系统可以实现对档案的全面管理和追溯，包括档案的存储、检索、更新和权限控制等功能。

公钥基础设施(Public Key Infrastructure，PKI)是支持数字签名技术的基础设施，提供了公钥和数字证书的管理和分发机制。PKI系统包括认证机构(CertificateAuthority，CA)、注册机构(Registration Authority，RA)、证书存储库(CertificateRepository)等组件。认证机构负责对公钥持有者的身份进行验证，并为其颁发数字证书。数字证书包含了公钥和相关的身份信息，用于验证数字签名的合法性。

哈希算法是将任意长度的输入数据转换为固定长度哈希值的算法。在数字签名中，哈希算法用于生成档案的摘要或哈希值，确保档案的唯一性和完整性。即使档案发生微小的改动，其哈希值也会发生明显的变化，从而保证了档案的不可篡改性。为了保证科技档案的安全性，需要采用安全存储技术。这可以包括使用加密算法对档案进行加密，确保只有授权用户可以访问档案内容。此外，还可以采用备份和冗余存储策略，以防止数据丢失或损坏。安全存储技术还应考虑访问控制、防止恶意软件和未经授权的访问等方面的安全问题。

基于数字签名技术的智慧管理系统旨在提供对科技档案的全面管理和智能化操作。这包括档案的存储、检索、更新、共享和权限控制等功能。系统可以提供用户友好的界面，使用户能够轻松地浏览、搜索和查看档案。智慧管理系统还可以通过集成审批流程、提醒机制和自动化任务等功能，提高档案管理的效率和准确性。

通过整合以上背景技术，基于可追溯数字签名技术的科技档案认证方法及智慧管理系统能够解决传统认证方式存在的安全性、可信度和效率问题，确保科技档案的完整性、真实性和可追溯性，促进科技创新和知识产权的保护。

发明内容

本发明旨在实现科技档案的管理和应用更加智能、高效、安全，为达到上述目的，本发明提出了一种基于数字签名技术的科技档案认证方法及智慧管理系统，包含提下步骤：

S1，数字签名生成与验证；利用公钥加密和哈希算法生成档案的数字签名，并通过验证算法验证签名的完整性和真实性；

S2，私钥管理确保签名者的私钥安全，并限制私钥的访问权限，以防止私钥被恶意使用；采用密码保护手段来保护私钥；引入一种基于分布式存储和多重签名的私钥管理机制，私钥将被分割成多个部分，每个部分都被分别存储在不同的节点上；

S3，科技档案存储和检索提供安全可靠的档案存储系统，支持档案的检索和访问权限管理，确保档案的机密性和可用性；引入基于区块链技术的分布式存储和身份验证机制，可以提供更高的数据完整性保证，还可以提供不可篡改的档案历史记录；

S4，科技档案更新和版本管理支持档案的更新和版本控制，确保档案的及时更新和变更追溯；可以使用版本控制系统或时间戳技术来管理档案的更新和变更；

S5，科技档案权限控制基于角色或用户的权限管理，限制档案的访问权限，保护档案的机密信息；可以实现细粒度的权限控制，确保只有授权人员能够访问特定档案；基于属性的加密技术提供了一种强大的访问控制机制，允许根据用户的属性来控制他们是否能访问特定的档案；

S6，科技档案追溯和审计记录档案的修改历史和访问记录，确保档案的可追溯性和合规性；可以使用日志记录和审计系统来跟踪档案的操作和访问记录；通过区块链和零知识证明技术可以提供强大的档案追溯和审计功能；

S7，科技档案智慧管理系统可以实现科技档案的数字化、智能化管理和认证；基于先进的数字签名技术和可追溯机制，系统能够对科技档案进行安全的存储、管理和认证，确保档案的真实性、完整性和可追溯性；同时，通过人工智能、大数据等技术，该系统实现档案数字签名、档案追溯和验证、权限管理、智能搜索和分类、版本管理、数据安全保护、审计日志、数据分析和报告等高级功能。

根据本发明实施例提出的一种基于数字签名技术的科技档案认证方法及智慧管理系统。其主要目标是实现科技档案的真实性验证、完整性保护、身份认证以及有效的智慧管理。首先，通过可追溯数字签名技术对档案进行签名，生成唯一的档案指纹，确保档案的真实性和完整性。然后，利用私钥密码体系对签名进行身份验证，保障档案提交者的身份真实可靠。此外，通过档案的有效管理，包括档案的存储、检索、更新和版本管理，以及权限控制、追溯和审计等，实现智慧管理系统。本发明将可追溯数字签名技术与智慧管理系统相结合，提供了一种全新的档案认证方法，使得科技档案的管理和应用更加智能、高效、安全，同时也大大提升了档案的使用价值和实用性。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S1包括：

S11，数字签名生成包含私钥和公钥生成、消息签名以及签名聚合三个部分；私钥和公钥生成中，每一个用户都生成一对私钥和公钥；在基于椭圆曲线密码学的聚合签名方案中，

sk＝rand(Z_p)

pk＝g^sk

其中，rand(Z_p)是从一个大素数Z_p的有限字段中随机选取的元素，g是一种生成元，sk是生成的私钥，pk是生成的公钥；

消息签名中每一个用户使用其私钥来对消息进行签名，在聚合签名方案中，

其中，H是一种哈希函数，将消息映射到椭圆曲线的点，msg_i是用户i的消息，sk_i是用户i的私钥，σ_i是生成的签名；

签名聚合将所有用户的签名聚合成一个签名，

σ＝∏σ_i

其中，σ是生成的聚合签名；

S12，签名验证包含公钥聚合和签名验证两个部分；公钥聚合将所有用户的公钥聚合成一个公钥；通过聚合签名技术，可以有效地减少存储和传输的开销，同时保持了数字签名的所有优点，包括认证、完整性和不可否认性；在聚合签名方案中，

pk_new＝∏pk_i

其中，pk_new是生成的聚合公钥，pk_i是用户i的公钥；

签名验证使用聚合公钥来验证聚合签名，

e(σ，g)＝∏e(H(msg_i)，pk_i)

其中，e是一种双线性对函数，如果等式成立，那么签名就是有效的，否则就是无效的。

根据本发明的一个实施例，步骤S2还包括：

S21，私钥生成与分割；首先生成一个私钥，并使用一种安全的私钥分割算法将其分割成多个部分，私钥d可以被分割成n个部分，其中任何k个部分都可以用来重构出原始的私钥；

将私钥d被分割成了n个部分(d₁，d₂，…，d_n)，对于从1到n的每个i，

d_i＝f(i)

其中f是一个在有限字段上定义的k-1次多项式，其自由项就是私钥d，d_i为私钥d的第i个部分；多项式的其他项使用从一个安全的随机源中抽取的随机数生成；

S22，私钥存储中每一个私钥部分d_i都被分别存储在不同的节点上，保证了某些节点被攻击，只要没有足够数量的节点被破坏，私钥仍然是安全的；

S23，私钥检索与签名生成，当需要对一个科技档案进行签名时，需要从至少k个节点上收集私钥部分；收集到的私钥部分可以用来重构出原始的私钥，并使用它来生成签名；私钥的重构可以通过插值法来实现，对于从1到k的每个i，

其中，d是重构出的私钥，λ_i是第i个拉格朗日系数；

可以用重构出的私钥d来生成档案的签名，在数字签名方案中，

S＝M^d mod n

其中，S是生成的签名，M是档案的哈希值，n是公钥中的一部分，mod是模数运算符，即M^d除以n后的余数。。

根据本发明的一个实施例，步骤S3还包括：

S31，档案存储部分中哈希计算过程中，当一个新的档案需要被存储时，首先会计算哈希值M；档案的存储过程中，将档案的内容、哈希值和数字签名一起存储在一个区块链上；区块链的每一个区块都包含一份档案，以及指向前一个区块的哈希值；

S32，档案检索部分中，当需要检索一个档案时，可以通过遍历区块链来查找；每一个区块都包含了档案的元数据(例如档案的标题和创建日期)，可以使用这些元数据来快速地找到需要的档案；档案的身份验证过程中，当找到了需要的档案后，可以用用户的公钥来验证档案的数字签名，以确保档案的完整性和来源的可靠性；在RSA数字签名方案中，

H′＝S^e mod n

其中，e是用户的公钥，H′是从签名中计算出的哈希值；如果H′与档案的哈希值相等，那么签名就是有效的，否则就是无效的。

根据本发明的一个实施例，步骤S4还包括：

S41，科技档案更新部分中当有新版本的档案产生时，将新版本的档案进行哈希处理，生成新的哈希值，

H_new＝Hash(M_nnew)

其中，M_new是新版本的档案内容，H_new是生成的哈希值；

生成新的Merkle树节点，并将新的哈希值作为新节点的哈希值；新的Merkle树节点会连接到上一个版本的节点，形成一个新的Merkle树，

Merkle_Root＝Hash(H_parent||H_new)

其中，H_parent是上一个版本节点的哈希值，″‖″表示连接操作；

区块链更新中，在区块链上创建一个新的区块，区块包含新版本的档案内容、哈希值、Merkle树的哈希值以及对应的数字签名，该区块链接到前一个区块，保证了数据的连续性和完整性；

S42，版本管理部分包括科技档案版本检索和验证；通过遍历区块链，可以找到特定档案的所有版本；通过基于区块链和Merkle树的档案更新和版本管理机制，可以提供更高的数据完整性和一致性保证，同时也可以提供不可篡改的版本历史记录；每一个区块都包含了档案的版本信息，可以通过这些信息来快速找到需要的版本；当找到需要的版本后，可以使用Merkle树来验证这个版本的完整性和一致性，通过以下公式来验证Merkle树的哈希值：

Hash(H_parent||H_new)＝＝Merkle_Root

如果计算出的哈希值等于Merkle树的根节点哈希值，那么这个版本就是有效的，否则就是无效的。

根据本发明的一个实施例，步骤S5还包括：

S51，权限设置部分包含定义属性和生成公钥和主私钥；定义一组用于表示用户权限的属性；这些属性可能包括用户的角色、用户的职位以及用户所在的部门；

生成公钥和主私钥使用一种安全的基于属性的加密方案来生成公钥和主私钥；在基于密文策略属性的加密方案中，

PK＝g^α

MK＝g^2α

其中，g是一种生成元，α是从一个有限字段中随机选取的元素，PK是生成的公钥，MK是生成的主私钥；

S52，科技档案加密部分中，对于每一个档案，定义一个访问策略；访问策略是一个由属性构成的布尔表达式，只有当用户的属性满足这个布尔表达式时，用户才能访问档案；使用公钥和访问策略来加密档案，档案的加密可以通过以下公式来实现：

C＝M*e(g，g)^α*s

C0＝g^s

对于每个属性i，

Ci′＝H(attribute_i)^s

其中，s和a_i是从一个有限字段中随机选取的元素，attribute_i是属性i，C、C0、Ci和Ci′是生成的密文；

S53，科技档案解密部分中，用户私钥的生成对于每一个用户，根据其属性来生成一个私钥；在加密方案中，对于用户属性中的每个属性i，私钥的生成可以通过以下公式来实现，

其中，a_i是属性i对应的元素，attribute_i是属性i，D_i和Di′是生成的私钥部分；

科技档案的解密中，如果用户的属性满足档案的访问策略，用户就可以使用其私钥来解密档案，

M＝C/e(C0，∏_ie(Ci′，Di)/e(Ci，Di′))

其中，M是解密出的档案内容。

根据本发明的一个实施例，步骤S6还包括：

S61，科技档案追溯部分包括区块链浏览和签名验证两个部分；通过浏览区块链，可以追溯档案的完整历史，每一个档案的修改都会生成一个新的区块，并将这个区块添加到区块链中，这样就形成了一个完整的、不可更改的档案历史；

S62，档案审计部分包括定义审计策略和申请请求验证两个部分；定义审计策略决定了哪些用户可以进行审计，以及可以审计哪些档案；审计请求验证中，当一个用户请求审计一个档案时，可以用零知识证明技术来验证他是否有权进行审计，包括三个步骤：提交、挑战和响应，分别由以下公式完成：

c＝g^r

s＝Hash(c||PK||M)

r′＝r-s*SK

其中，r是从一个有限字段中随机选取的元素，c是生成的承诺，r′是生成的响应；如果用户能够提供一个有效的响应，那么他就可以证明他有权进行审计，而不需要透露他的私钥或其他敏感信息。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的科技档案认证方法及智慧管理系统基于数字签名技术，结合了区块链技术、Merkle树、基于属性的加密技术和零知识证明技术，创新性地解决了科技档案的存储、检索、更新、版本管理、权限控制、追溯和审计等问题。

(2)增强的安全性和不可篡改性：通过区块链和数字签名技术，本发明为科技档案提供了强大的安全性保护。每次档案的更新和访问都会生成一个新的区块，并将其添加到区块链中。这样，档案的历史就形成了一个不可更改的记录，任何非法的修改或篡改都可以被立即发现。此外，每个区块都附带数字签名，可以验证其完整性和来源的可靠性。

(3)细粒度的权限控制：通过基于属性的加密技术，本发明实现了对档案访问权限的细粒度控制。系统管理员可以根据用户的属性来设定其访问权限，只有当用户的属性满足档案的访问策略时，用户才能访问档案。这种权限控制策略既可以保护档案的安全，又可以满足不同用户的访问需求。

(4)强大的追溯和审计功能：通过区块链和零知识证明技术，本发明为档案的追溯和审计提供了强大的支持。用户可以通过区块链追溯档案的完整历史，而无需担心档案的完整性和一致性。此外，零知识证明技术允许用户在不透露任何敏感信息的情况下证明他们的审计权，从而保护了用户的隐私。

附图说明

图1是根据本发明实施例的一种基于可追溯数字签名技术的科技档案认证方法及智慧管理系统的流程图

图2是不同系统在处理100MB的科技档案时平均时间长度比较图

图3是不同系统的认证准确度比较图

图4是不同系统的系统复杂度评估图

图5是科技档案认证智慧管理系统界面图

具体实施方式

下面结合附图来进一步描述本发明。

如图1所示，本发明框架主要分为以下七个步骤，它们逐层相接并最终将其进行融合。学习过程主要包括以下步骤：

1、一种基于数字签名技术的科技档案认证方法及智慧管理系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1，数字签名生成与验证；利用公钥加密和哈希算法生成档案的数字签名，并通过验证算法验证签名的完整性和真实性；

步骤S1还包括：

S11，数字签名生成包含私钥和公钥生成、消息签名以及签名聚合三个部分；私钥和公钥生成中，每一个用户都生成一对私钥和公钥；在基于椭圆曲线密码学的聚合签名方案中，

sk＝rand(Zp)

pk＝g^sk

其中，rand(Z_p)是从一个大素数Z_p的有限字段中随机选取的元素，g是一种生成元，sk是生成的私钥，pk是生成的公钥；

消息签名中每一个用户使用其私钥来对消息进行签名，在聚合签名方案中，

其中，H是一种哈希函数，将消息映射到椭圆曲线的点，msg_i是用户i的消息，sk_i是用户i的私钥，σ_i是生成的签名；

签名聚合将所有用户的签名聚合成一个签名，

σ＝∏σ_i

其中，σ是生成的聚合签名；

S12，签名验证包含公钥聚合和签名验证两个部分；公钥聚合将所有用户的公钥聚合成一个公钥；通过聚合签名技术，可以有效地减少存储和传输的开销，同时保持了数字签名的所有优点，包括认证、完整性和不可否认性；在聚合签名方案中，

pk_new＝∏pk_i

其中，pk_new是生成的聚合公钥，pk_i是用户i的公钥；

签名验证使用聚合公钥来验证聚合签名，

e(σ，g)＝∏e(H(msg_i)，pk_i)

其中，e是一种双线性对函数，如果等式成立，那么签名就是有效的，否则就是无效的；

S2，私钥管理确保签名者的私钥安全，并限制私钥的访问权限，以防止私钥被恶意使用；采用密码保护手段来保护私钥；引入一种基于分布式存储和多重签名的私钥管理机制，私钥将被分割成多个部分，每个部分都被分别存储在不同的节点上；

步骤S2还包括：

S21，私钥生成与分割；首先生成一个私钥，并使用一种安全的私钥分割算法将其分割成多个部分，私钥d可以被分割成n个部分，其中任何k个部分都可以用来重构出原始的私钥；

将私钥d被分割成了n个部分(d₁，d₂，…，d_n)，对于从1到n的每个i，

d_i＝f(i)

其中f是一个在有限字段上定义的k一1次多项式，其自由项就是私钥d，d_i为私钥d的第i个部分；多项式的其他项使用从一个安全的随机源中抽取的随机数生成；

S22，私钥存储中每一个私钥部分d_i都被分别存储在不同的节点上，保证了某些节点被攻击，只要没有足够数量的节点被破坏，私钥仍然是安全的；

S23，私钥检索与签名生成，当需要对一个科技档案进行签名时，需要从至少k个节点上收集私钥部分；收集到的私钥部分可以用来重构出原始的私钥，并使用它来生成签名；私钥的重构可以通过插值法来实现，对于从1到k的每个i，

其中，d是重构出的私钥，λ_i是第i个拉格朗日系数；

可以用重构出的私钥d来生成档案的签名，在数字签名方案中，

S＝M^d mod n

其中，S是生成的签名，M是档案的哈希值，n是公钥中的一部分，mod是模数运算符，即M^d除以n后的余数；

S3，科技档案存储和检索提供安全可靠的档案存储系统，支持档案的检索和访问权限管理，确保档案的机密性和可用性；引入基于区块链技术的分布式存储和身份验证机制，可以提供更高的数据完整性保证，还可以提供不可篡改的档案历史记录；

步骤S3还包括：

S31，档案存储部分中哈希计算过程中，当一个新的档案需要被存储时，首先会计算哈希值M；档案的存储过程中，将档案的内容、哈希值和数字签名一起存储在一个区块链上；区块链的每一个区块都包含一份档案，以及指向前一个区块的哈希值；

S32，档案检索部分中，当需要检索一个档案时，可以通过遍历区块链来查找；每一个区块都包含了档案的元数据(例如档案的标题和创建日期)，可以使用这些元数据来快速地找到需要的档案；档案的身份验证过程中，当找到了需要的档案后，可以用用户的公钥来验证档案的数字签名，以确保档案的完整性和来源的可靠性；在RSA数字签名方案中，

H′＝S^e mod n

其中，e是用户的公钥，H′是从签名中计算出的哈希值；如果H′与档案的哈希值相等，那么签名就是有效的，否则就是无效的；

S4，科技档案更新和版本管理支持档案的更新和版本控制，确保档案的及时更新和变更追溯；可以使用版本控制系统或时间戳技术来管理档案的更新和变更；

步骤S4还包括：

S41，科技档案更新部分中当有新版本的档案产生时，将新版本的档案进行哈希处理，生成新的哈希值，

H_new＝Hash(M_new)

其中，M_new是新版本的档案内容，H_new是生成的哈希值；

生成新的Merkle树节点，并将新的哈希值作为新节点的哈希值；新的Merkle树节点会连接到上一个版本的节点，形成一个新的Merkle树，

Merkle_Root＝Hash(H_parent||H_new)

其中，H_parent是上一个版本节点的哈希值，″‖″表示连接操作；

区块链更新中，在区块链上创建一个新的区块，区块包含新版本的档案内容、哈希值、Merkle树的哈希值以及对应的数字签名，该区块链接到前一个区块，保证了数据的连续性和完整性；

S42，版本管理部分包括科技档案版本检索和验证；通过遍历区块链，可以找到特定档案的所有版本；通过基于区块链和Merkle树的档案更新和版本管理机制，可以提供更高的数据完整性和一致性保证，同时也可以提供不可篡改的版本历史记录；每一个区块都包含了档案的版本信息，可以通过这些信息来快速找到需要的版本；当找到需要的版本后，可以使用Merkle树来验证这个版本的完整性和一致性，通过以下公式来验证Merkle树的哈希值：

Hash(H_parent||H_new)＝＝Merkle_Root

如果计算出的哈希值等于Merkle树的根节点哈希值，那么这个版本就是有效的，否则就是无效的；

S5，科技档案权限控制基于角色或用户的权限管理，限制档案的访问权限，保护档案的机密信息；可以实现细粒度的权限控制，确保只有授权人员能够访问特定档案；基于属性的加密技术提供了一种强大的访问控制机制，允许根据用户的属性来控制他们是否能访问特定的档案；

步骤S5还包括：

S51，权限设置部分包含定义属性和生成公钥和主私钥；定义一组用于表示用户权限的属性；这些属性可能包括用户的角色、用户的职位以及用户所在的部门；

生成公钥和主私钥使用一种安全的基于属性的加密方案来生成公钥和主私钥；在基于密文策略属性的加密方案中，

PK＝g^α

MK＝g^2α

其中，g是一种生成元，α是从一个有限字段中随机选取的元素，PK是生成的公钥，MK是生成的主私钥；

S52，科技档案加密部分中，对于每一个档案，定义一个访问策略；访问策略是一个由属性构成的布尔表达式，只有当用户的属性满足这个布尔表达式时，用户才能访问档案；使用公钥和访问策略来加密档案，档案的加密可以通过以下公式来实现：

C＝M*e(g，g)^α*s

C0＝g^s

对于每个属性i，

Ci′＝H(attribute_i)^s

其中，s和a_i是从一个有限字段中随机选取的元素，attribute_i是属性i，C、C0、Ci和Ci′是生成的密文；

S53，科技档案解密部分中，用户私钥的生成对于每一个用户，根据其属性来生成一个私钥；在加密方案中，对于用户属性中的每个属性i，私钥的生成可以通过以下公式来实现，

其中，a_i是属性i对应的元素，attribute_i是属性i，D_i和Di′是生成的私钥部分；

科技档案的解密中，如果用户的属性满足档案的访问策略，用户就可以使用其私钥来解密档案，

M＝C/e(C0，∏_ie(Ci′，Di)/e(Ci，Di′))

其中，M是解密出的档案内容；

S6，科技档案追溯和审计记录档案的修改历史和访问记录，确保档案的可追溯性和合规性；可以使用日志记录和审计系统来跟踪档案的操作和访问记录；通过区块链和零知识证明技术可以提供强大的档案追溯和审计功能；

步骤S6还包括：

S61，科技档案追溯部分包括区块链浏览和签名验证两个部分；通过浏览区块链，可以追溯档案的完整历史，每一个档案的修改都会生成一个新的区块，并将这个区块添加到区块链中，这样就形成了一个完整的、不可更改的档案历史；

S62，档案审计部分包括定义审计策略和申请请求验证两个部分；定义审计策略决定了哪些用户可以进行审计，以及可以审计哪些档案；审计请求验证中，当一个用户请求审计一个档案时，可以用零知识证明技术来验证他是否有权进行审计，包括三个步骤：提交、挑战和响应，分别由以下公式完成：

c＝g^r

s＝Hash(c||PK||M)

r′＝r-s*SK

其中，r是从一个有限字段中随机选取的元素，c是生成的承诺，r′是生成的响应；如果用户能够提供一个有效的响应，那么他就可以证明他有权进行审计，而不需要透露他的私钥或其他敏感信息；

S7，科技档案智慧管理系统可以实现科技档案的数字化、智能化管理和认证；基于先进的数字签名技术和可追溯机制，系统能够对科技档案进行安全的存储、管理和认证，确保档案的真实性、完整性和可追溯性；同时，通过人工智能、大数据等技术，该系统实现档案数字签名、档案追溯和验证、权限管理、智能搜索和分类、版本管理、数据安全保护、审计日志、数据分析和报告等高级功能。

为了比较和验证本发明提出方法的有效性，设计了以下两种比较方法：

方法1：基于密码学的认证方法。这种方法通常使用公钥和私钥对档案进行加密和解密，以保证档案的安全性和完整性。但这种方法的缺点是计算复杂性高，对硬件设备的要求较高，而且在大数据环境下，其认证速度和准确度可能会降低。

方法2：基于区块链的认证方法。这种方法使用区块链的不可篡改性来确保档案的完整性。但是，由于区块链的分布式特性，这种方法的系统复杂性可能较高，同时，由于需要进行大量的哈希计算，认证速度可能会受到影响。

将本发明方法和以上两种方法在认证速度、认证准确度以及系统复杂性进行详细实验分析。认证速度比较实验中，设计了一系列的测试案例，包括具有不同大小和类型的科技档案。每个测试案例都将通过我们的系统以及其他几个标准系统进行认证，然后记录每个系统完成认证所需的时间。不同系统在处理100MB的科技档案时平均时间长度比较图如图2所示。

认证准确度比较实验中，设计一系列测试案例，其中包括一些已知认证结果的科技档案(例如，部分是有效的，部分是无效的或被篡改的)。然后，通过每个系统进行认证，并记录每个系统的认证结果。最后通过对比每个系统的认证结果和实际结果，来评估系统的认证准确度。例如，假设我们的系统在处理100个已知结果的案例时，不同系统的认证准确度比较图如图3所示。那么我们可以得出结论，我们的系统在认证准确度上表现得最好。

系统复杂性的评估可能包括多个方面，如系统实施的难度，系统运行的硬件和软件需求，系统的可扩展性和可维护性等。这部分可能需要设计一系列定性和定量的指标来进行评估。例如，测量设置和运行每个系统所需的时间、所需的硬件和软件资源、处理增加负载的能力，以及对修改和升级的响应等。在所有这些方面，目标应该是让我们的系统尽可能简单、高效和灵活。不同系统的系统复杂度评估如图4所示。可见本方法方法低于基于区块链的方法。

最后，本发明提出的科技档案智慧管理系统如图5所示。此系统基于先进的数字签名技术和可追溯机制，系统能够对科技档案进行安全的存储、管理和认证，确保档案的真实性、完整性和可追溯性；同时，通过人工智能、大数据等技术，该系统还能实现档案数字签名、档案追溯和验证、权限管理、智能搜索和分类、版本管理、数据安全保护、审计日志、数据分析和报告等高级功能。

综上所述，本发明针对科技档案认证任务，提出了一种基于可追溯数字签名技术的科技档案认证方法，通过实验验证了本发明提出方法的准确度相对较高，系统复杂度相对较低，使得科技档案的管理和应用更加智能、高效、安全。

本文结合说明书附图和具体实施例进行阐述只是用于帮助理解本发明的方法和核心思想。本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员依据本发明的方法和思想得出的其它实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种基于数字签名技术的科技档案认证方法及智慧管理系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1，数字签名生成与验证；利用公钥加密和哈希算法生成档案的数字签名，并通过验证算法验证签名的完整性和真实性；

步骤S1还包括：

S11，数字签名生成包含私钥和公钥生成、消息签名以及签名聚合三个部分；私钥和公钥生成中，每一个用户都生成一对私钥和公钥；在基于椭圆曲线密码学的聚合签名方案中，

sk＝rand(Z_p)

pk＝g^sk

其中，rand(Z_p)是从一个大素数Z_p的有限字段中随机选取的元素，g是一种生成元，sk是生成的私钥，pk是生成的公钥；

消息签名中每一个用户使用其私钥来对消息进行签名，在聚合签名方案中，

其中，H是一种哈希函数，将消息映射到椭圆曲线的点，msg_i是用户i的消息，sh_i是用户i的私钥，σ_i是生成的签名；

签名聚合将所有用户的签名聚合成一个签名，

σ＝∏σ_i

其中，σ是生成的聚合签名；

S12，签名验证包含公钥聚合和签名验证两个部分；公钥聚合将所有用户的公钥聚合成一个公钥；通过聚合签名技术，可以有效地减少存储和传输的开销，同时保持了数字签名的所有优点，包括认证、完整性和不可否认性；在聚合签名方案中，

pk_new＝∏pk_i

其中，pk_new是生成的聚合公钥，pk_i是用户i的公钥；

签名验证使用聚合公钥来验证聚合签名，

e(σ,g)＝∏e(H(msg_i),pk_i)

其中，e是一种双线性对函数，如果等式成立，那么签名就是有效的，否则就是无效的；

S2，私钥管理确保签名者的私钥安全，并限制私钥的访问权限，以防止私钥被恶意使用；采用密码保护手段来保护私钥；引入一种基于分布式存储和多重签名的私钥管理机制，私钥将被分割成多个部分，每个部分都被分别存储在不同的节点上；

步骤S2还包括：

S21，私钥生成与分割；首先生成一个私钥，并使用一种安全的私钥分割算法将其分割成多个部分，私钥d可以被分割成n个部分，其中任何k个部分都可以用来重构出原始的私钥；

将私钥d被分割成了n个部分(d₁,d₂,…,d_n)，对于从1到n的每个i，

d_i＝f(i)

其中f是一个在有限字段上定义的k-1次多项式，其自由项就是私钥d，d_i为私钥d的第i个部分；多项式的其他项使用从一个安全的随机源中抽取的随机数生成；

S22，私钥存储中每一个私钥部分d_i都被分别存储在不同的节点上，保证了某些节点被攻击，只要没有足够数量的节点被破坏，私钥仍然是安全的；

S23，私钥检索与签名生成，当需要对一个科技档案进行签名时，需要从至少k个节点上收集私钥部分；收集到的私钥部分可以用来重构出原始的私钥，并使用它来生成签名；私钥的重构可以通过插值法来实现，对于从1到k的每个i，

其中，d是重构出的私钥，λ_i是第i个拉格朗日系数；

可以用重构出的私钥d来生成档案的签名，在数字签名方案中，

S＝M^dmod n

其中，S是生成的签名，M是档案的哈希值，n是公钥中的一部分，mod是模数运算符，即M^d除以n后的余数；

S3，科技档案存储和检索提供安全可靠的档案存储系统，支持档案的检索和访问权限管理，确保档案的机密性和可用性；引入基于区块链技术的分布式存储和身份验证机制，可以提供更高的数据完整性保证，还可以提供不可篡改的档案历史记录；

步骤S3还包括：

S31，档案存储部分中哈希计算过程中，当一个新的档案需要被存储时，首先会计算哈希值M；档案的存储过程中，将档案的内容、哈希值和数字签名一起存储在一个区块链上；区块链的每一个区块都包含一份档案，以及指向前一个区块的哈希值；

S32，档案检索部分中，当需要检索一个档案时，可以通过遍历区块链来查找；每一个区块都包含了档案的元数据(例如档案的标题和创建日期)，可以使用这些元数据来快速地找到需要的档案；档案的身份验证过程中，当找到了需要的档案后，可以用用户的公钥来验证档案的数字签名，以确保档案的完整性和来源的可靠性；在RSA数字签名方案中，

H′＝S^emod n

其中，e是用户的公钥，H′是从签名中计算出的哈希值；如果H′与档案的哈希值相等，那么签名就是有效的，否则就是无效的；

S4，科技档案更新和版本管理支持档案的更新和版本控制，确保档案的及时更新和变更追溯；可以使用版本控制系统或时间戳技术来管理档案的更新和变更；

步骤S4还包括：

S41，科技档案更新部分中当有新版本的档案产生时，将新版本的档案进行哈希处理，生成新的哈希值，

H_new＝Hash(M_new)

其中，M_new是新版本的档案内容，H_new是生成的哈希值；

生成新的Merkle树节点，并将新的哈希值作为新节点的哈希值；新的Merkle树节点会连接到上一个版本的节点，形成一个新的Merkle树，

Merkle_Root＝Hash(H_parent||H_new)

其中，H_parent是上一个版本节点的哈希值，"||"表示连接操作；

区块链更新中，在区块链上创建一个新的区块，区块包含新版本的档案内容、哈希值、Merkle树的哈希值以及对应的数字签名，该区块链接到前一个区块，保证了数据的连续性和完整性；

S42，版本管理部分包括科技档案版本检索和验证；通过遍历区块链，可以找到特定档案的所有版本；通过基于区块链和Merkle树的档案更新和版本管理机制，可以提供更高的数据完整性和一致性保证，同时也可以提供不可篡改的版本历史记录；每一个区块都包含了档案的版本信息，可以通过这些信息来快速找到需要的版本；当找到需要的版本后，可以使用Merkle树来验证这个版本的完整性和一致性，通过以下公式来验证Merkle树的哈希值：

Hash(H_parent||H_new)＝＝Merkle_Root

如果计算出的哈希值等于Merkle树的根节点哈希值，那么这个版本就是有效的，否则就是无效的；

S5，科技档案权限控制基于角色或用户的权限管理，限制档案的访问权限，保护档案的机密信息；可以实现细粒度的权限控制，确保只有授权人员能够访问特定档案；基于属性的加密技术提供了一种强大的访问控制机制，允许根据用户的属性来控制他们是否能访问特定的档案；

步骤S5还包括：

S51，权限设置部分包含定义属性和生成公钥和主私钥；定义一组用于表示用户权限的属性；这些属性可能包括用户的角色、用户的职位以及用户所在的部门；

生成公钥和主私钥使用一种安全的基于属性的加密方案来生成公钥和主私钥；在基于密文策略属性的加密方案中，

PK＝g^α

MK＝g^2α

其中，g是一种生成元，α是从一个有限字段中随机选取的元素，PK是生成的公钥，MK是生成的主私钥；

S52，科技档案加密部分中，对于每一个档案，定义一个访问策略；访问策略是一个由属性构成的布尔表达式，只有当用户的属性满足这个布尔表达式时，用户才能访问档案；使用公钥和访问策略来加密档案，档案的加密可以通过以下公式来实现：

C＝M*e(g,g)^α*s

C0＝g^s

对于每个属性i，

Ci′＝H(attribute_i)^s

其中，s和a_i是从一个有限字段中随机选取的元素，attribute_i是属性i，C、C0、Ci和Ci′是生成的密文；

S53，科技档案解密部分中，用户私钥的生成对于每一个用户，根据其属性来生成一个私钥；在加密方案中，对于用户属性中的每个属性i，私钥的生成可以通过以下公式来实现，

其中，a_i是属性i对应的元素，attribute_i是属性i，D_i和Di′是生成的私钥部分；

科技档案的解密中，如果用户的属性满足档案的访问策略，用户就可以使用其私钥来解密档案，

M＝C/e(C0,∏_i ^e(Ci′,Di)/e(Ci,Di′))

其中，M是解密出的档案内容；

S6，科技档案追溯和审计记录档案的修改历史和访问记录，确保档案的可追溯性和合规性；可以使用日志记录和审计系统来跟踪档案的操作和访问记录；通过区块链和零知识证明技术可以提供强大的档案追溯和审计功能；

步骤S6还包括：

S61，科技档案追溯部分包括区块链浏览和签名验证两个部分；通过浏览区块链，可以追溯档案的完整历史，每一个档案的修改都会生成一个新的区块，并将这个区块添加到区块链中，这样就形成了一个完整的、不可更改的档案历史；

S62，档案审计部分包括定义审计策略和申请请求验证两个部分；定义审计策略决定了哪些用户可以进行审计，以及可以审计哪些档案；审计请求验证中，当一个用户请求审计一个档案时，可以用零知识证明技术来验证他是否有权进行审计，包括三个步骤：提交、挑战和响应，分别由以下公式完成：

c＝g^r

s＝Hash(c||PK||M)

r′＝r-s*SK

其中，r是从一个有限字段中随机选取的元素，c是生成的承诺，r′是生成的响应；如果用户能够提供一个有效的响应，那么他就可以证明他有权进行审计，而不需要透露他的私钥或其他敏感信息；

S7，科技档案智慧管理系统可以实现科技档案的数字化、智能化管理和认证；基于先进的数字签名技术和可追溯机制，系统能够对科技档案进行安全的存储、管理和认证，确保档案的真实性、完整性和可追溯性；同时，通过人工智能、大数据等技术，该系统实现档案数字签名、档案追溯和验证、权限管理、智能搜索和分类、版本管理、数据安全保护、审计日志、数据分析和报告等高级功能。