一種基于屬性的密鑰隔離簽名方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于屬性的密鑰隔離簽名方法，是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺少對密鑰泄露的保護措施以及由于雙線性對操作導(dǎo)致增加終端的計算開銷問題。將整個簽名系統(tǒng)劃分為若干獨立的時間片段，當系統(tǒng)進入新的時間片段后，密鑰協(xié)助器生成私鑰更新片段，用戶更新私鑰。針對某一文件，用戶用當前時間片段所對應(yīng)的私鑰進行簽名，簽名的驗證結(jié)果也對應(yīng)著系統(tǒng)的某一個時間片段。若某時間片段內(nèi)用戶私鑰發(fā)生泄漏，系統(tǒng)在別的時間片段依舊能保持前向安全和后向安全，將私鑰泄露的危害降到了最低。在簽名的過程中，不需要任何雙線性對的操作，減少了用戶終端的計算開銷。當系統(tǒng)時間片段進化時，無需再更新系統(tǒng)公共參數(shù)，減少了同步公共參數(shù)帶來的通信開銷。
【專利說明】
一種基于屬性的密鑰隔離簽名方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字信息傳輸?shù)谋Ｃ芑虬踩ㄐ偶夹g(shù)，具體涉及一種基于屬性的密鑰 隔離簽名方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于屬性的密碼學(xué)是信息安全中的重要組成部分，與此同時，屬性簽名的體制近 年來也引來了廣泛的應(yīng)用。在基于屬性的簽名體制中，用戶的私鑰對應(yīng)一個屬性結(jié)構(gòu)，某合 法用戶用對應(yīng)的私鑰產(chǎn)生的簽名可以被驗證到其所擁有的相應(yīng)的屬性結(jié)構(gòu)中。然而目前的 屬性簽名機制仍然存在兩個問題需要解決:第一，當某個用戶的屬性私鑰發(fā)生了泄露，任何 得到該私鑰的用戶都可以利用該私鑰產(chǎn)生一個合法的簽名，從而帶來一系列的安全隱患。 第二，當前基于屬性的密碼方案大多都是基于雙線性對的。雙線性對的計算開銷要遠遠大 于其他的運算(例如點乘運算，哈希運算等等）。傳統(tǒng)屬性簽名方法中包含了很多雙線對的 運算，會給一些計算能力有限的終端帶來負擔(dān)，從而產(chǎn)生通信瓶頸。綜上，在屬性簽名體制 中，需要一種新的機制，既能保護密鑰泄漏后的系統(tǒng)安全，又能在簽名產(chǎn)生和驗證的過程中 盡量多的減少雙線性對運算次數(shù)。
[0003] 2015年北京航空航天大學(xué)公開了名稱為《大屬性域的屬性基簽名方法及系統(tǒng)》(公 開號為CN105141419A)的發(fā)明專利申請。該發(fā)明提供一種大屬性域的屬性基簽名方法及系 統(tǒng)，該方法包括:私鑰生成中心根據(jù)輸入的系統(tǒng)安全參數(shù)得到公共參數(shù)和主密鑰;私鑰生成 中心根據(jù)主密鑰和用戶屬性集得到用戶私鑰，將用戶私鑰發(fā)送給對應(yīng)的用戶；簽名方根據(jù) 用戶私鑰、用戶滿足的訪問結(jié)構(gòu)、用戶屬性集和預(yù)定消息生成用戶的數(shù)字簽名;驗證方根據(jù) 公共參數(shù)和用戶的數(shù)字簽名對用戶進行驗證。該方法可實現(xiàn)細粒度訪問控制，支持"與門" 和"或門"，操作靈活，無須在初始化階段對屬性數(shù)量進行限制，可靈活地對系統(tǒng)進行擴展， 公共參數(shù)長度為常數(shù)，有效減輕系統(tǒng)的負擔(dān)。然而，該方法中缺少對密鑰泄露的保護措施。 一旦用戶的屬性私鑰發(fā)生泄漏，任何得到私鑰的惡意用戶都可以用其偽造一個合法簽名， 從而給系統(tǒng)帶來安全威脅。此外，方案中采用了大量的雙線性對操作，增加了終端的計算開 銷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺少對密鑰泄露的保護措施 以及由于雙線性對操作導(dǎo)致增加終端的計算開銷等問題。
[0005] 為此，本發(fā)明提出一種基于屬性的密鑰隔離簽名方法，具體技術(shù)方案包含以下步 驟：
[0006] 步驟一:系統(tǒng)初始化
[0007] 1.定義Gi為一個加法循環(huán)群，其階數(shù)均為q.定義p為Gi上的一個生成元；
[0008] 2.定義一個哈希函數(shù)出：{0，1 r-zq，該函數(shù)的功能為將任意長度的字符串投射到 有限域域Zq上；
[0009] 3.屬性鑒權(quán)中心在有限域內(nèi)為每個屬性選擇一個隨機數(shù)ti e %，此外還為每個 時間片段隨機數(shù)最后挑選隨機數(shù)y ez〗，則系統(tǒng)的主私鑰為{tl，kn，y}j
[0010]步驟二:初始密鑰分發(fā)
[0011]在初始時間片段ΤΡο，屬性鑒權(quán)中心屬性鑒權(quán)中心根據(jù)每個用戶的屬性結(jié)構(gòu)樹Tk的 每一個葉子節(jié)點選取一個多項式qx，多項式的度dx為該節(jié)點的門限值1^減1，即（dx = kx-l)， 對于根節(jié)點設(shè)置qr〇〇t (0) = y，對于其他的節(jié)點，設(shè)置qx(0) = qparent(x)index(x)，其中parent (X) 為節(jié)點x的父節(jié)點，indexU)為節(jié)點x在其所有兄弟節(jié)點中的序號，然后屬性鑒權(quán)中心將初 始密鑰 1/7? _=_切^(〇) + .? + &〇Hi(Ti，7T())，i G rfc}發(fā)送給簽名者；
[0012] 步驟三:密鑰更新：
[0013] 1.當系統(tǒng)的時間片段從TPn-i進化到TPr^，屬性鑒權(quán)中心為每個屬性計算密鑰的 更
[0014] 新信息 υρ?ι?Ψη =
[0015] 2.用戶得到?/?\·ΓΡτι后，將自己之前的密鑰更新到最新版本，計算步驟方法如下：
[0016] SKrrn = SKn，n_l + υΡ〇 Ρη = {q> (〇) + u + TPn), i G Tky.
[0017] 步驟四：簽名
[0018] 1 ·對文件M，簽名者選取文e奪；
[0019] 2.根據(jù)系統(tǒng)的公共參數(shù)，數(shù)據(jù)發(fā)送者計算以下信息：
[0020] νι = χρ,
[0021] 1? .= + 7Pn) = i7_r(0) + 化 + 7?) + ΓΡη);
[0022 ] 3.數(shù)據(jù)發(fā)送者將{V1，v2，M}打包上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器；
[0023] 步驟五:驗證
[0024] 1.數(shù)據(jù)接收者從數(shù)據(jù)服務(wù)器處下載相應(yīng)的文件及簽名；
[0025] 2.數(shù)據(jù)接收者利用系統(tǒng)公共參數(shù)進行如下計算：
[0027]若等式成立則簽名合法。
[0028]進一步，步驟五中，數(shù)據(jù)接收者利用系統(tǒng)公共參數(shù)進行判斷簽名合法的正確性如 下：
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0031] 1.簽名者的私鑰對應(yīng)一個屬性結(jié)構(gòu)，驗證者用系統(tǒng)公共參數(shù)可以對簽名認證，滿 足公開認證性。為了保證屬性簽名的前后向安全并解決屬性密鑰泄露的問題，本發(fā)明公開 了一種基于屬性的密鑰隔離機制，每個時間片段的信息都會被嵌入到用戶當前的私鑰中。 當系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生用戶屬性撤銷、更新或者用戶私鑰泄露等情況時，通過更新合法用戶的私鑰 來確保系統(tǒng)內(nèi)的前后向安全。
[0032] 2.在傳統(tǒng)的基于屬性密碼體制中，大多數(shù)方案是基于雙線性的。雙線對的運算開 銷較大，會對給對整個系統(tǒng)到來大量的運算符合。在本發(fā)明中，簽名認證的整個過程不需要 任何雙線性對操作，大大減輕了系統(tǒng)及終端的負擔(dān)。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明的流程圖。
【具體實施方式】
[0034]現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0035] 本發(fā)明公布了一種基于屬性的密鑰隔離簽名方法，整個簽名系統(tǒng)劃分為若干獨立 的時間片段，如圖1所示。每當系統(tǒng)進入新的時間片段后，密鑰協(xié)助器生成私鑰更新片段，用 戶更新私鑰。針對某一文件，用戶用當前時間片段所對應(yīng)的私鑰進行簽名，簽名的驗證結(jié)果 也對應(yīng)著系統(tǒng)的某一個時間片段。若某時間片段內(nèi)用戶私鑰發(fā)生泄漏，系統(tǒng)在別的時間片 段依舊能保持前向安全和后向安全，將私鑰泄露的危害降到了最低。
[0036] 在簽名的過程中，不需要任何雙線性對的操作，減少了用戶終端的計算開銷。此 外，當系統(tǒng)時間片段進化時，無需再更新系統(tǒng)公共參數(shù)，減少了同步公共參數(shù)帶來的通信開 銷。
[0037]本發(fā)明具體的內(nèi)容描述如下：本發(fā)明假設(shè)系統(tǒng)由屬性鑒權(quán)中心，簽名者，驗證者， 數(shù)據(jù)服務(wù)器四個功能實體組成。其中，屬性鑒權(quán)中心負責(zé)管理用戶的屬性，并分發(fā)用戶的初 始私鑰并在系統(tǒng)進入新的時間片段開始時更新用戶的私鑰。數(shù)據(jù)服務(wù)器是由計算機集群組 成的物理節(jié)點，負責(zé)安全的存儲數(shù)據(jù)。簽名者利用私鑰對文件產(chǎn)生簽名并上傳至數(shù)據(jù)服務(wù) 器;驗證著下載文件后通過公共參數(shù)驗證簽名是否合法。
[0038]以下為過程描述:一種基于屬性的密鑰隔離簽名方法包含初始化，初始密鑰分發(fā)， 密鑰更新，簽名及驗證這五個步驟，每個步驟的具體描述如下：
[0039]步驟一:系統(tǒng)初始化：
[0040] 1.定義&為一個加法循環(huán)群，其階數(shù)均為q.定義?為&上的一個生成元。
[0041] 2.定義一個哈希函數(shù)出：{0，1廣-2(1，該函數(shù)的功能為將任意長度的字符串投射到 有限域域Z q上。
[0042] 3.屬性鑒權(quán)中心在有限域％內(nèi)為每個屬性選擇一個隨機數(shù)Eg·此外還為每個 時間片段TPn選取隨機數(shù)e 最后挑選隨機數(shù)y e 則系統(tǒng)的主私鑰為{tl，kn，y}，系 統(tǒng)公共參數(shù)為{Gi，p，q，Y=yp，Kn = knp，Ti = tip，Hi}
[0043] 步驟二:初始密鑰分發(fā)：
[0044] 在初始時間片段ΤΡο，屬性鑒權(quán)中心屬性鑒權(quán)中心根據(jù)每個用戶的屬性結(jié)構(gòu)樹Tk的 每一個葉子節(jié)點選取一個多項式qx，多項式的度dx為該節(jié)點的門限值kx減1，即（d x = kx_l). 對于根節(jié)點設(shè)置qr〇〇t (0) = y ·對于其他的節(jié)點，設(shè)置qx(0) = qparent(x)index(x)，其中parent (X) 為節(jié)點x的父節(jié)點，indexU)為節(jié)點x在其所有兄弟節(jié)點中的序號。然后屬性鑒權(quán)中心將初 始密鑰={%(〇)+ + e仏}發(fā)送給簽名者。
[0045] 步驟三:密鑰更新：
[0046] 1.當系統(tǒng)的時間片段從ΤΡη進化到TP^，屬性鑒權(quán)中心為每個屬性計算密鑰的 更新信息= ^Λ(7)/ΓΡπ) -/cw札(G77VJ
[0047] 2.用戶得到后，將自己之前的密鑰更新到最新版本，計算步驟方法如下：
[0048] SKTPn = SK·,^ + UPiJPn = {qx(0) + tt + knHL〇\, ?Ψη), t G Tk}
[0049] 步驟四：簽名：
[0050] 1.對文件M，簽名者選?。??碎、
[0051] 2.根據(jù)系統(tǒng)的公共參數(shù)，數(shù)據(jù)發(fā)送者計算以下信息：
[0052] νι = χρ
[0053] = SKr^+χΗ,θΜ,ΤΡη) = qx(Q) + tt + ΚΗ^,ΤΡ^ + χΗ^Μ,ΤΡ^
[0054] 3.數(shù)據(jù)發(fā)送者將{V1，ν2，Μ}打包上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器。
[0055] 步驟五:簽名認證：
[0056] 1.數(shù)據(jù)接收者從數(shù)據(jù)服務(wù)器處下載相應(yīng)的文件及簽名。
[0057] 2.數(shù)據(jù)接收者利用系統(tǒng)公共參數(shù)進行如下計算：
[0059]若等式成立則簽名合法。
[0060] 正確性說明如下：
[0062] 由上述五個步驟，完成了基于屬性的密鑰隔離簽名方法全過程。
[0063] 1.針對技術(shù)關(guān)鍵點1中，本發(fā)明公開了一種基于屬性的密鑰隔離機制，每個時間片 段的信息都會被嵌入到用戶當前的私鑰中。當系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生用戶屬性撤銷、更新或者用戶私 鑰泄露等情況時，通過更新合法用戶的私鑰來確保系統(tǒng)內(nèi)的前后向安全。
[0064] 2.針對技術(shù)關(guān)鍵點2中，取消了傳統(tǒng)屬性簽名機制中的雙線性對的計算，簽名認證 的整個過程不需要任何雙線性對操作，大大減輕了系統(tǒng)及終端的負擔(dān)。
[0065] 以上所述僅為本發(fā)明的一個具體實施例，并不用以限制本發(fā)明，本實施例中所用 數(shù)據(jù)集和攻擊模式僅限于本實施例，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同 替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于屬性的密鑰隔離簽名方法，其特征在于包含以下步驟： 步驟一:系統(tǒng)初始化 1.1定義Gi為一個加法循環(huán)群，其階數(shù)均為q.定義P為Gi上的一個生成元； 1.2定義一個哈希函數(shù)H1: {Ο,?Γ-Zq，該函數(shù)的功能為將任意長度的字符串投射到有 限域域Zq上； 1.3屬性鑒權(quán)中心在有限域％內(nèi)為每個屬性選擇一個隨機數(shù)ti e 此外還為每個時 間片段隨機數(shù)心e Ziy，最后挑選隨機數(shù)y e ZiJ，則系統(tǒng)的主私鑰為{tl，kn，y}，系統(tǒng) 公共參數(shù)為⑷^幾丫二丫口，!^ = !^，!^ = !^，^}; 步驟二:初始密鑰分發(fā) 在初始時間片段TPo,屬性鑒權(quán)中心屬性鑒權(quán)中心根據(jù)每個用戶的屬性結(jié)構(gòu)樹Tk的每一 個葉子節(jié)點選取一個多項式qx，多項式的度dx為該節(jié)點的門限值kx減1，即（d x = kx_ 1)，對于 根節(jié)點設(shè)置qr?t(O) = y，對于其他的節(jié)點，設(shè)置qx(O) = qparent(X)index(x)，其中parent (X)為節(jié) 點x的父節(jié)點，index(X)為節(jié)點x在其所有兄弟節(jié)點中的序號，然后屬性鑒權(quán)中心將初始密 鑰發(fā)送給簽名者； 步驟三:密鑰更新： 3.1當系統(tǒng)的時間片段從TP1^1進化到TPJt，屬性鑒權(quán)中心為每個屬性計算密鑰的更新 信13.2用戶得到_\狀"后，將自己之前的密鑰更新到最新版本，計算步驟方法如下： 步驟四：簽名4.1對文件M，簽名者選取X e Zf; 4.2根據(jù)系統(tǒng)的公共參數(shù)，數(shù)據(jù)發(fā)送者計算以下信息：4.3數(shù)據(jù)友迗者將Wi，μ，M_}玎包上傳全數(shù)據(jù)服務(wù)器； 步驟五:驗證 5.1數(shù)據(jù)接收者從數(shù)據(jù)服務(wù)器處下載相應(yīng)的文件及簽名； 5.2數(shù)據(jù)接收者利用系統(tǒng)公共參數(shù)進行如下計算：若等式成立則簽名合法。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于屬性的密鑰隔離簽名方法，其特征在于步驟五中，判 斷簽名合法的正確性如下：
【文檔編號】H04L9/30GK106027240SQ201610510247
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月1日
【發(fā)明人】孫知信, 徐睿, 洪漢舒, 李冬軍, 陳梓洋, 邰淳亮
【申請人】南京郵電大學(xué)