TWI599909B

TWI599909B - Electronic signature verification system

Info

Publication number: TWI599909B
Application number: TW105111306A
Authority: TW
Inventors: zong-li Huang; Yi-Ping Luo
Priority date: 2016-04-12
Filing date: 2016-04-12
Publication date: 2017-09-21
Also published as: TW201737152A

Description

電子簽章驗證系統

本發明係一種電子簽章驗證系統，尤指一種藉由仲裁者端或認證中心端之協助進行簽章驗證之電子簽章驗證系統。

為提昇通訊之安全性以及訊息之不可否認性，現行之通訊加密機制在傳送資料時，發送方多會在傳送訊息內附加驗證簽章，而接收方在收到此訊息後，即可透過驗證該簽章之正確性，以確定所接收到的訊息是否由發送方所發出。

因此當惡意第三方欲發送惡意訊息時，多會設法偽造發送方之簽章，並發送附有偽造簽章之訊息至接收方，以達到欺騙之目的。

為解決上述之問題，習知技術更提出藉由仲裁方來判斷簽章正確性之技術方案。該方案係讓傳輸雙方將簽章之加解密金鑰交付給仲裁方，而當雙方有認證需求時，會將簽章交由給仲裁方進行驗證。惟此種方案中，由於仲裁方持有可加解密之簽章金鑰，因此當仲裁方被入侵時，或內部機敏資料被不當使用時，都會嚴重危害整體通訊之安全性。

綜上所述，如何提供一種可提昇簽章安全之技術方案乃本領域亟需解決之技術問題。

為解決前揭之問題，本發明之目的係提供一種可針對簽章進行驗證之電子簽章驗證系統。

為達上述目的，本發明提出一種電子簽章驗證系統。前述之系統用於驗證第一客戶端C₁與第二客戶端C₂間之簽章。此系統包含仲裁者端以及認證中心端。前述之仲裁者端自第一客戶端接收簽章，前述之簽章係由第一客戶端C₁使用簽章金鑰對第一訊息h進行加密所產生。前述之認證中心端通訊連接仲裁者端以取得簽章，並使用簽章金鑰對簽章進行解密以取得第一訊息h，以及使用會話金鑰SK_A產生隨機驗證訊息h^MAC，並使用仲裁者端之加密金鑰對會話金鑰SK_A進行加密，以產生一加密資訊R。而當仲裁者端取得隨機驗證訊息h^MAC以及加密資訊R，並進行解密以取得會話金鑰SK_A，仲裁者端更使用會話金鑰SK_A以及第一訊息h以產生訊息驗證碼h^MAC'。此外，仲裁者端更比對訊息驗證碼h^MAC'以及隨機驗證訊息h^MAC，以提供簽章判斷結果。

為達上述之目的，本發明另提出一種不藉由仲裁者端進行驗證之電子簽章驗證系統，前述之電子簽章驗證系統用於驗證第一客戶端C₁與第二客戶端C₂間之簽章SIG_S，前述之簽章SIG_S係由第一客戶端C₁使用簽章金鑰對第一訊息h進行加密所產生，電子簽章驗證系統包含一認證中心端。前述之認證中心端接收來自第二客戶端C₂傳送簽章端隨機虛擬身份識別資訊PID_S、簽章接收端隨機虛擬身份識別資訊PID_R、以及簽章SIG_S，認證中心端更藉由PID_S之簽章金鑰對簽章Sig_S解密以獲得，此外認證中心端更產生會話金鑰SK_R並計算，並藉由PID_R的加密金鑰計算，又傳送訊息R_R以及訊息給第二客戶端C₂。而第二客戶端C₂接收到來自認證中心端之資訊後，藉由加密金鑰解密R_R來獲得，並計算訊息h_R '=H(M||PID_s||PID_R||RID_S||T)，以及計算訊息，並比較以及，當比較結果為符合時，即可確認為來自第一客戶端C₁之訊息。

綜上所述，當客戶端在進行通訊時，可藉由仲裁者端或認證中心端之協助來驗證簽章之正確性，相較於習知之簽章驗證方案，本發明可有效的提高整體通訊之安全性。

1‧‧‧認證中心端

2‧‧‧仲裁者端

3‧‧‧客戶端

31‧‧‧簽章端

32‧‧‧簽章接收端

圖1係為本發明電子簽章驗證系統之系統示意圖。

圖2係為本發明電子簽章驗證系統之簽章階段流程示意圖。

圖3係為本發明電子簽章驗證系統之驗證階段流程示意圖。

圖4係為本發明電子簽章驗證系統之確認階段流程示意圖。

圖5係本發明不藉由仲裁者端進行驗證之電子簽章驗證系統之驗證流程圖。

以下將描述具體之實施例以說明本發明之實施態樣，惟其並非用以限制本發明所欲保護之範疇。

請參閱圖1，其為本發明電子簽章驗證系統之系統示意圖。於該系統中包含認證中心端1、仲裁者端2、以及複數個客戶端3(以下茲以簽章端以及簽章接收端進行說明)。每個客戶端3以及仲裁者端2會向認證中心端1進行註冊並取得對應之虛擬身份識別資訊PID_U、簽章金鑰、以及加密金鑰。此外，每個客戶端3可向仲裁者端2註冊真實身份資訊RID_U以及對應的虛擬身份資訊PID_U，以讓利仲裁者端2之識別。

前述之認證中心端1係取得其他方之信任，並協助各方進行通訊時之認證作業。前述之仲裁者端2則是協助接收簽章方來確認簽章之正確性，並記錄驗證時之的資訊。前述之客戶端3可分別簽章端31以及簽章接收端32，簽章端31可利用簽章金鑰對訊息進行簽署以產生簽章，而簽章接收端32在接收此簽章後，可請求仲裁者端2來驗證該簽章。

為進一步說明本發明之電子簽章驗證系統，茲定義各個符號如表1所示：

於本發明中，當簽章端欲發送簽章至簽章接收端後，而簽章接收端欲驗證此簽章時，可將簽章傳送至仲裁者端2進行驗證，或者藉由認證中心端1的協助以自行驗證。本發明將驗證流程劃分成簽章階段、驗證階段、以及確認階段。各階段說明如下：

簽章階段

請參閱圖2之說明，其為本發明簽章階段之流程示意圖，各步驟說明如下：

S101：簽章端31(第一客戶端)計算訊息h=H(M||PID_S||PID_R||RID_S||T)，並產生簽章。

S102：簽章端31傳送PID_S、PID_R、Sig_S、M、以及T至簽章接收端32(第二客戶端)。

驗證階段

請參閱圖3之說明，於此階段中當簽章接收端32欲驗證簽章時，可選擇下列二個方案進行驗證：

方案(1)：藉由仲裁者端2進行在線/離線驗證，此處之在線/離線驗證係指仲裁者端2與簽章端31之間的是否經由連線進行驗證。當使用離線驗證方案時，簽章接收端32會將收到的PID_S、PID_R、Sig_S、M、以及T傳送至仲裁者端2，而仲裁者端2則會請求認證中心端1協助認證；反之，若採取在線驗證方案時，在前述步驟S102中，簽章端31會將PID_S、PID_R、Sig_S、M、以及T直接傳送給仲裁者端2，並讓仲裁者端2向認證中心端1請求協助認證。

方案(2)：不藉由仲裁者端2進行驗證。考量部分應用上要求快速驗證，因此於方案(2)中簽章接收端32可透過認證中心端1之協助來自行驗證簽章。

方案(1)驗證階段之步驟說明如下：

S201：若為離線驗證時，仲裁者端2接收簽章接收端32之請求後，仲裁者端2將PID_S、PID_A、以及Sig_S傳送至認證中心端1。反之，若為在線驗證時，則仲裁者端2接收簽章端31之請求後，仲裁者端2將PID_S、PID_A、以及Sig_S傳送至認證中心端1。

S202：認證中心端1使用PID_S的簽章金鑰(例如：)解密簽章Sig_S，以取得第一訊息。接著，認證中心端1產生對話密鑰SK_A並計算隨機驗證訊息。接著，認證中心端1藉由PID_A之加密金鑰(例如：)計算，並將R_A以及傳送至仲裁者端2。

S203：仲裁者端2在接收到認證中心端1之訊息後，則使用加密金鑰對R_A進行解密以取得SK_A '，接著，仲裁者端2透過接收之訊息(例如：PID_S、PID_R、M、T)來計算h'=H(M||PID_S||PID_R||RID_S||T)，前述之RID_S在註冊階段已先註冊於仲裁者端2。接著，仲裁者端2計算，並比較以及。當比較結果為符合時，則設驗證參數r=1；若不符合時，則設驗證參數r=0。

S204：仲裁者端2計算h_A=H(r||Sig_S||M||T||PID_S||PID_R||PID_A)，並產生簽章。

S205：仲裁者端2傳送驗證參數r以及Sig_A至簽章接收端32。

方案(1)之確認階段步驟說明如下：

請參圖4之說明，於此階段中簽章接收端32可透過驗證參數r得知簽章端31之簽章Sig_S以及仲裁者端2之簽章Sig_A之驗證結果。各步驟說明如下：

S301：簽章接收端32傳送PID_A、PID_R、以及Sig_A至認證中心端1。

S302：相似於S202，認證中心端1藉由PID_A之簽章金鑰(例如：)對簽章Sig_A解密，以獲得訊息。接著，認證中心端1產生會話金鑰SK_R並計算。接著，認證中心端1藉由PID_R的加密金鑰(例如：)計算。

S303：認證中心端1傳送R_R以及至簽章接收端32。

S304：簽章接收端32在接收到來自認證中心端1之資訊後，簽章接收端32藉由加密金鑰解密R_R來獲得。接著，簽章接收端32計算訊息h _R '=H(r||Sig_S||M||T||PID_S||PID_R||PID_A)。再者，簽章接收端32計算訊息。最後，比較以及，當比較結果為符合時，即可確認為來自仲裁者端2之訊息。

請接著參閱圖5，其為方案(2)之驗證流程圖，驗證步驟說明如下：

S401：簽章接收端32(第二客戶端)傳送簽章端隨機虛擬身份識別資訊PID_S、簽章接收端隨機虛擬身份識別資訊PID_R、以及SIG_S至認證中心端1。

S402：相似於S202，認證中心端1藉由PID_S之簽章金鑰(例如：)對簽章Sig_S解密以獲得訊息。接著，認證中心端1產生會話金鑰SK_R並計算訊息。接著，認證中心端1藉由PID_R的加密金鑰(例如：)計算訊息。

S403：認證中心端1傳送R_R以及給簽章接收端32。

S404：簽章接收端32在接收到來自認證中心端1之資訊後，簽章接收端32藉由加密金鑰解密R_R來獲得。接著，簽章接收端32計算訊息h _R '=H(M||PID_S||PID _R||RID _S||T)。再者，簽章接收端32計算訊息。最後，比較以及，當比較結果為符合時，即可確認為來自簽章端31(第一客戶端)之訊息。

前述客戶端3、仲裁者端2、以及認證中心端1可運行一部或多部連線之電腦裝置，而所執行之運算可藉由ASP、C/C++/C#、JAVA、Python、PHP、Perl等程式語言實現之，惟其程式語言之類別不在此限。

上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

1‧‧‧認證中心端

2‧‧‧仲裁者端

3‧‧‧客戶端

Claims

一種電子簽章驗證系統，用於驗證第一客戶端C₁與第二客戶端C₂間之簽章，包含：仲裁者端，包含：自該第一客戶端接收該簽章；其中該簽章係由該第一客戶端C₁使用簽章金鑰對第一訊息h進行加密所產生；認證中心端，通訊連接該仲裁者端以取得該簽章，其中該第一客戶端以及該仲裁者端會向該認證中心端進行註冊並取得對應之虛擬身份識別資訊PID_U、該簽章金鑰、以及加密金鑰，該認證中心端包含：使用該簽章金鑰對該簽章進行解密，以取得該第一訊息h；使用會話金鑰SK_A產生隨機驗證訊息h^MAC，並使用該仲裁者端之該加密金鑰對該會話金鑰SK_A進行加密，以產生一加密資訊R；其中，該仲裁者端更取得該隨機驗證訊息h^MAC以及該加密資訊R，並以該仲裁者端之該加密金錀進行解密以取得該會話金鑰SK_A，該仲裁者端更使用該會話金鑰SK_A以及該第一訊息h以產生訊息驗證碼h^MAC'；其中，該仲裁者端更比對該訊息驗證碼h^MAC'以及該隨機驗證訊息h^MAC，以提供簽章判斷結果；其中，該第一訊息h係對需被簽章訊息M、該第一客戶端C₁之第一隨機虛擬身份識別資訊PID_C1、該第二客戶端C₂之第二隨機虛擬身份識別資訊PID_C2、該第一客戶端之真實身份識別資訊、或時間戳記資訊T進行雜湊處理所產生；其中，該仲裁者端於判斷該簽章判斷結果為成功下，則計算h_A=H(r||Sig_C1||M||T||PID_C1||PID_C2||PID_A)，並產生簽章Sig_A=，接著仲裁者端傳送該簽章判斷結果以及Sig_A至該第二客戶端C₂；該H函數為單向雜湊函數、該r為驗證參數、該PID_A為虛擬身份識別資訊、該E_K函數為使用金鑰K進行對稱金鑰加密之函數、該為該使用者端A簽章金鑰；其中，該認證中心端傳送R_R以及至該第二客戶端C₂，該第二客戶端C₂藉由該加密金鑰解密R_R來獲得客戶端隨機金鑰，接著，該第二客戶端C₂計算訊息H(r||Sig_S||M||T||PID_S||PID_R||PID_A)，該第二客戶端C₂計算訊息，以及比較以及，當比較結果為符合時，即可確認為來自該仲裁者端之訊息；該MAC函數為訊息鑑別碼金鑰函數。
如請求項1所述之電子簽章驗證系統，其中該第一客戶端與該仲裁者端之間為連線狀態時，該簽章係由該第一客戶端傳送給該仲裁者端。
如請求項1所述之電子簽章驗證系統，其中該第一客戶端與該仲裁者端之間為離線狀態時，該簽章係由該第一客戶端經由該第二客戶端傳送給該仲裁者端。
一種電子簽章驗證系統，用於驗證第一客戶端C₁與第二客戶端C₂間之簽章SIG_S，其中該簽章SIG_S係由該第一客戶端C₁使用簽章金鑰對第一訊息h進行加密所產生，電子簽章驗證系統包含：認證中心端，係提供該第一客戶端C₁、該第二客戶端C₂、及仲裁端進行註冊並取得對應之虛擬身份識別資訊PID_U、該簽章金鑰、以及加密金鑰，該認證中心端接收來自該第二客戶端C₂傳送第一客戶端隨機虛擬身份識別資訊PID_S、第二客戶端隨機虛擬身份識別資訊PID_R、以及該簽章SIG_S，該認證中心端更藉由PID_S之該簽章金鑰對該簽章Sig_S解密以獲得，該認證中心端更產生會話金鑰SK_R並計算，並藉由PID_R的加密金鑰計算，又傳送訊息R_R以及訊息給該第二客戶端C₂；其中，該第二客戶端C₂接收到來自該認證中心端之資訊後，藉由加密金鑰解密R_R來獲得，並計算訊息h _R '=H(M||PID_S||PID _R||RID _S||T)，以及計算訊息，並比較以及，當比較結果為符合時，即可確認為來自該第一客戶端C₁之訊息；其中，該H函數為單向雜湊函數、該E_K函數為使用金鑰K進行對稱金鑰加密之函數，該D_K函數係使用金鑰K對E_K函數進行解密、該MAC_K函數為訊息鑑別碼金鑰函數、該M為欲進行簽章之資訊、該PID_S為使用端S之真實身份識別資訊、該T為時間戳記。