具有多重安全屬性的基于身份的多接收者環(huán)簽密方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于身份的簽密方法，特別是涉及一種具有多重安全屬性的基于 身份的多接收者環(huán)簽密方法。
【背景技術】
[0002] 大多數(shù)現(xiàn)有的基于身份的簽密方法還不夠完善，不具備多種安全屬性，如用戶身 份的隱私性、解密不公平性、前向安全性以及公開驗證性等，在不安全的網(wǎng)絡環(huán)境中極易遭 受各種攻擊，安全問題已成為簽密技術廣泛應用面臨的主要挑戰(zhàn)。
[0003] 文獻"AnIdentityBasedRingSigncryptionSchemewithPublic Verifiability,SecurityandCryptography(SECRYPT),Proceedingsofthe 2010InternationalConferenceonffiEE, 2010, 1-10"設計了一個基于身份的環(huán)簽密方法， 該方法使用多個雙線性對，解決了部分方法不能抵抗適應性選擇密文攻擊、存在性不可偽 造攻擊和匿名攻擊的問題，但是，由于設計的局限性該方法只是面向一對一的網(wǎng)絡環(huán)境，對 于多用戶網(wǎng)絡環(huán)境執(zhí)行效率不高。因此，針對目前多用戶網(wǎng)絡環(huán)境，提出一個能適用于不安 全的局域網(wǎng)環(huán)境中的具有多重安全屬性（發(fā)送者和接受者的匿名性、前向安全性、解密公 平性和公開驗證性）的基于身份的多接收者環(huán)簽密方法非常必要。

【發(fā)明內容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有基于身份的環(huán)簽密方法安全性差的不足，本發(fā)明提供一種具有多重 安全屬性的基于身份的多接收者環(huán)簽密方法。該方法通過參數(shù)設置、密鑰提取、匿名簽密、 解簽密以及公開驗證等步驟，在簽密階段將混合加密方法應用到簽密中，利用求解對稱密 鑰的困難問題，確保方法具有前向安全性；采用環(huán)簽密和拉格朗日插值函數(shù)，將包括發(fā)送者 和多個接收者的用戶身份信息完全隱藏起來，有效保障了用戶隱私；同時采用雙線性對運 算，確保同時具有公開驗證性和解密公平性等多種安全屬性。
[0005] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種具有多重安全屬性的基于身份 的多接收者環(huán)簽密方法，其特點是采用以下步驟：
[0006] 1 ?參數(shù)設置。
[0007] 給定一個秘密參數(shù)k，k是一個長整數(shù)，由私鑰生成中心執(zhí)行下列操作：
[0008] ①設GjPG2分別是階數(shù)為q>2k的加法群和乘法群，q為大素數(shù)，P為G:的一個生 成元；
[0009] ②選擇一個PtlGJiG1，隨機數(shù)sG 作為主密鑰，設Ppub=sP為系統(tǒng)公鑰；
[0010] ③選擇安全的對稱加解密算法對（E,D);
[0011] ④選擇雙線性映射S=G1XG1^G2;
[0012] ⑤選擇六個哈希函數(shù)：下式中|M|表示將要傳輸?shù)拿魑南⒌亩M制長度，
[0013] H1: {0, 1}Gi，H2:G2- {0, 1} *，H3: {0, 1} |M|XG1-KZ:，
[0014] H4: {0, 1} 1m1XG1XG1XG1X{0, 1}*-
[0015] H5=G1XG2X{0, 1}|M|- {0, 1} |M|，H6: {0, 1} 1m1XG1XG1X{0, 1}*-G1;
[0016] ⑥系統(tǒng)公開參數(shù)為params=〈Gi，G2,g，P，PQ，Ppub，H1,H2,H3,H4,H5,H6,q>〇
[0017] 2.密鑰提取。
[0018] 輸入用戶i的身份IDi,私鑰生成中心計算用戶的公私鑰：公鑰Qi=H1(IDi)和私 鑰Di=SQi然后通過安全信道將私鑰發(fā)送給用戶；
[0019] 3.匿名簽密。
[0020]L' = {ID'pID' 2，…，ID'n}為實際簽密者選擇的n個接收者的身份集合。選擇一 個用戶身份集合L=UD1,ID2，…，IDJ，該集合中包含實際簽密者的身份IDs，即IDsGL， 且ZfU'=0;輸入系統(tǒng)公開參數(shù)params、消息M，簽密者執(zhí)行下列步驟：
[0021] ①加密部分：
[0022] a)選擇隨機參數(shù)aGgZj，計算參數(shù)U=aP，《=g(aPpub,Pq)，然后計算
[0023] 0 =H2 (?) (1)
[0024] 得到0為對稱密鑰，計算〇E0 (M)，對消息進行加密；
[0025] b)使用n對數(shù)（X1, y)，（x2, y2)，…，（xn, yn)，構造拉格朗日函數(shù)Fj(X)滿足Xj是 Fj(X) = y』的解，這里對于j = 1，2,…，n者P有X』=H3(ID'』），y』=a (P〇+Q'』），其中Q'j為 接收者ID'_的公鑰；
[0026] c)對于j= 1，2,…，n，計算fj(x)=TIls；j矣j，《n(x-Xj)/(Xj-Xj，）=Tj;1+Tj;2x+… +Tj，nX，其中Tj，1，Tj，2,…，Tj，nGZq;對于j-1，2,…，n，計算Tj-Ej，=iTj，，jYj，T =ETj。
[0027] ②環(huán)簽名部分：
[0028] a)對于非實際簽密者i= 1，2, ???，t，i乒S，選擇RiG而，計算
[0029] Ki=H4(O11RijU1T1L) (2)
[0030] b)對于實際簽密者i=S，選擇xsGKZq*，計算Rs=XSQS-E^s(RJhiQi)，hs = H4(〇 計算R=ERi;
[0031] c)計算
[0032] 〇 2=H5(R, ?,M) ⑶
[0033] S1= (xs+hs)Ds (4)
[0034] S2=QH6(O11R1T1L) (5)
[0035] 最后得到密文為C=〈 〇u〇 2,S1,S2,U，R1，…，Rt，T，T1，…，Tn，L> ;
[0036] 4?解簽密。
[0037] 輸入密文C、系統(tǒng)公開參數(shù)params、接收者身份信息L' = {^^，^^，…，加丄每 個接收者ID'.使用自己的私鑰D、進行如下計算來解密密文C。
[0038] ①計算
[0039] 8j=TJxjT2+... +(X廣1modq)Tn (6)
[0040] 其中Xj=H3(ID'j);
[0041] ②將(6)式的值代入下式，計算
[0042] =e(Ppub, 8 (7)
[0043] 通過公式⑴來還原對稱密鑰0' =H2(?'），并進行解密計算M' =D0，（〇1)，得到 一個消息值M' ；
[0044] ③將得到的消息M'帶入公式⑶中，檢查O2=H5(R, ?'，M'）是否成立，若成立，則 認為M' =M;若不成立，則輸出"丄"，說明簽名值是無效的；
[0045] 5?公開驗證。
[0046] 接收者或者任意的第三方獲得密文后，通過該算法驗證發(fā)送者身份的可靠性。
[0047] ①對于i= 1，…，t，通過公式⑵，恢復出Iii=H3( 〇Ri,U,T,L)，計算H= H6(O11R1T1L)；
[0048] ②利用⑷式、(5)式中得到的SjPS2判斷⑶式、(9)式是否成立：
[0049] S(S11P) =e(Ppub,E(Ri+hA)) ⑶
[0050]e(S2,P) =e(U,H) (9)
[0051] 若⑶式、⑶式皆成立，則認為簽名者身份合法、可靠，簽密值具有真實性；否則認為 該簽密無效。
[0052] 本發(fā)明的有益效果是：該方法通過參數(shù)設置、密鑰提取、匿名簽密、解簽密以及公 開驗證等步驟，在簽密階段將混合加密方法應用到簽密中，利用求解對稱密鑰的困難問題， 確保方法具有前向安全性；采用環(huán)簽密和拉格朗日插值函數(shù)，將包括發(fā)送者和多個接收者 的用戶身份信息完全隱藏起來，有效保障了用戶隱私；同時采用雙線性對運算，確保同時具 有公開驗證性和解密公平性等多種安全屬性。
[0053] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作詳細說明。
【附圖說明】
[0054]圖1是本發(fā)明具有多重安全屬性的基于身份的多接收者環(huán)簽密方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0055] 名詞解釋。
[0056]PKG:私鑰生成中心；
[0057] k:用戶選擇的秘密參數(shù)，為一個長整數(shù)；
[0058]G1:階數(shù)為q的加法群；
[0059]G2:階數(shù)為q的乘法群；
[0060]q:大素數(shù)，群的階數(shù)，表示群中僅含有q個元素；
[0061] P!G1的一個生成元；
[0062] P。:加法群G:中的一個隨機數(shù)；
[0063] s:整數(shù)乘法群中的一個隨機數(shù)；
[0064] Z/:模為q的整數(shù)乘法群；
[0065] Ppub:系統(tǒng)公鑰；
[0066] (E,D):對稱加解密算法對；
[0067]A雙線性映射；
[0068] params:參數(shù)集合；
[0069] H1:單向散列函數(shù)，可將任意長度的二進制字符串計算成階為q的加法群中的散列 值；
[0070] H2:單向散列函數(shù)，可將階為q的加法群中的字符串計算成固定長度的二進制字符 串；
[0071] H3:單向散列函數(shù)，可將明文消息字符串與階為q的加法群中的字符串計算成固定 長度的模為q的整數(shù)乘法群中散列值；
[0072] H4:單向散列函數(shù)，可將明文消息字符串與多個階為q的加法群中的字符串以及任 意長度的二進制字符串計算成固定長度的模為q的整數(shù)乘法群中散列值；
[0073] H5:單向散列函數(shù)，將明文消息字符串與階為q的加法群、階為q的乘法群中的字 符串計算成明文消息長度的二進制字符串；
[0074] H6:單向散列函數(shù)，可將明文消息字符串與兩個階為q的加法群中的字符串以及任 意長度的二進制字符串計算成固定長度的階為q的加法群中散列值；
[0075]IMI:表示消息M的二進制長度；
[0076]IDi:用戶i的身份信息，表示發(fā)送者的身份信息；
[0077]ID'j:用戶j的身份信息，表示接收者的身份信息；
[0078]IDs:實際簽密者的身份信息；
[0079] Qi:用戶i的公鑰，一般表示發(fā)送者方的公鑰；
[0080]Q'.:用戶j的公鑰，一般表示接收者方的公鑰；
[0081] Di:用戶i的私鑰，一般表示發(fā)送者方的私鑰；
[0082] D'j:用戶j的私鑰，一般表示接收者方的私鑰；
[0083] L:包含實際簽密者的t個發(fā)送者的身份集合，包括ID1,ID2，…，IDn;
[0084] L' ：包含實際簽密者選擇的n個接收者的身份集合，包括ID'pID' 2，…，ID' n;
[0085]M:明文消息；
[0086] a:整數(shù)乘法群中隨機選擇的參數(shù)；
[0087] 9 :用于加解密的對稱密鑰；
[0088] U:計算得到的部分密文；
[0089] ? :計算得到的參數(shù)，參與計算對稱密鑰；
[0090] O1:使用對稱加密算法加密的消息值；
[0091] 〇2:使用參數(shù)R，《，M和第五種哈希函數(shù)計算得到的簽名值，是密文的一部分；
[0092] Xj:使用接收者身份信息計算得到的哈希值；
[0093] yj:使用接收者公鑰等參數(shù)計算得到的參數(shù)，與Xj-同共構成n對數(shù)構造拉格朗日 函數(shù)；
[0094] 匕〇〇 :拉格朗日插值函數(shù)，用于隱藏接收者的身份信息；
[0095]T」，1:含有接收者信息的參數(shù)，接收者可以用該參數(shù)獲得解密的關鍵信息；
[0096] Ty由Tu和h計算得到的參數(shù)，作為密文的一部分，用于隱藏接收者的身份信 息；
[0097] T:所有Tj之和；
[0098] Ri:對于不是實際簽密者計算時在整數(shù)乘法群中隨機選擇的參數(shù)；
[0099] hi:非實際簽密者使用參數(shù)〇i，Ri,U，T，L，計算得到的哈希值；