一種簽密文可聚合的簽密方法技術

一種簽密文可聚合的簽密方法，包括以下步驟：1、系統設定公共參數；2、系統為每個用戶產生公鑰和私鑰；3、每個發送方對各自的消息分別進行簽密，產生簽密文，并發送給一個聚合方；4、聚合方對所收到每個簽密文進行聚合，產生整體簽密文，并發送給接收方；5、接收方用自己的私鑰和各發送方的公鑰驗證所收到的整體簽密文，并解密出消息。該方法同時滿足了機密性、完整性和認證性。通過對多個簽密文進行聚合，在確保安全性的前提下減少了要傳輸的總體簽密文數據量；同時，接收方只需要進行一次驗證操作就能完成對多個簽密文的驗證。克服了傳統方法中每個發送方分別發送簽密文、接收方逐一解簽密，所帶來的信道占用率高、計算開銷大的缺陷。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于無線網絡中群組通信數據認證和保密領域，具體涉及。
技術介紹
隨著各種無線網絡的廣泛應用，面向多用戶的安全組通信成為一種主要的信息交換方式。在視頻會議、智能交通、數字內容分發等場合有著良好的應用前景。在安全多用戶通信中，多個發送方向一個接收方發送消息的多對一通信是一種重要的通信模式，如傳感器網絡的數據匯集、無線局域網中的上行通信等都是這種模式的具體應用。為保證消息的安全性，必須要保證數據的機密性和完整性，即內容既不能被攻擊者非法竊取，也不能被篡改；同時為了確保通信的真實有效，還要對發送方和接收方的身份進行必要的認證。此外，由于無線網絡信道的廣播特點，所采用的技術應充分減少網絡廣播次數，并充分利用信道 的廣播屬性。在多對一的安全組通信中，機密性通過加密來實現，完整性和認證性通過散列函數或數字簽名來實現。為了同時保證消息的機密性、完整性，并實現認證，現有方法是在每個發送方和接收方之間分別執行一次點對點的操作，即在接收方與每個發送方分別建立一條點對點的安全鏈路，根據所采用的密碼技術的不同可將現有方法分為三類第一類方法將數字簽名和對稱加密相結合，每個發送方分別用各自的私鑰對所要發送的消息進行簽名，再用所有用戶共享的對稱加密密鑰對消息進行加密，然后分別將數據發送給接收者。接收方在收到后，用發送方的公鑰來驗證其數字簽名，再用共享的對稱密鑰解密消息。第二類方法將數字簽名和公鑰加密相結合，每個發送方分別用各自的私鑰對所要發送的消息進行簽名，再用接收方的公鑰對消息進行加密，然后將數據分別發送給接收者。接收方在收到后，用發送方的公鑰來驗證其數字簽名，再用自己的私鑰解密消息。第三類方法采用簽密技術，每個發送方分別用各自的私鑰和接收方的公鑰對所要發送的消息進行簽密，然后分別將數據發送給接收者。接收方在收到后，用發送方的公鑰和自己的私鑰來完成解簽密。以上三種方法主要存在三個方面的不足1、每個發送方需要占用信發送數據，數據傳輸量大，信道的占用率高。2、接收方需要對每個接收方的消息進行處理，計算量大。3、各個發送方產生的數據無相關性，難以進行進一步優化。上述第一種方法，使用共享的對稱加密密鑰來加密消息，雖然比公鑰加密方法效率較高，但對稱密鑰的管理是一個瓶頸，任何一個用戶泄露共享密鑰都會導致整個系統失效。上述第二種方法和三種方法，消除了第一種方法的密鑰管理問題，但效率較低，相比之下，第三方法比第二種方法效率高。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提出一種將所有發送方的數據聚合成一則整體簽密文，充分壓縮了簽密文中的總體數據量，而且接收方通過對聚合簽密文進行一次解簽密操作，就可以實現對多個發送方的驗證，顯著提高了數據傳輸和接收方解簽密操作效率的簽密文可聚合的簽密方法。為了達到上述目的，本專利技術采用的技術方案如下步驟一系統設定公共參數；步驟二 系統分別為每個用戶產生公鑰和私鑰；步驟三每個發送方對各自的消息分別計算簽密文，并將所產生的簽密文發送給聚合方；步驟四聚合方將所有簽密文聚合成整體簽密文數據包，并發送給接收方；步驟五接收方用其私鑰和所有發送方的公鑰進行解簽密。所述的發送方是具有η個對等的發送方，每個發送方獨立產生簽密文；聚合方具 有I個聚合方，能夠對接收到的簽密文執行聚合操作；接收方具有I個，能夠對聚合簽密文進行解簽密。所述步驟一系統設定公共參數包括以下步驟由一個統一的安全通信平臺負責設定公共參數，并向所有用戶廣播，需要設定的系統參數如下k為安全參數，q為長度為k比特的素數，G1是一個階為q的乘法循環群，P是G1生成元,G1中的元素的長度為I比特，G2是另一個階為q的乘法循環群，O = G1 XG1 — G2是一個雙線性映射，HJPH2是兩個散列函數，定義分別為H1: {O, lrXGi —GJPH2 = G13] {O, 1}z，其中z為要發送消息的比特長度。所述步驟二 系統分別為每個用戶產生公鑰和私鑰包括以下步驟系統為發送方Si選擇隨機數xSi — ΕΖ；作為Si的私鑰，計算Ysi=XsiP e G1作為Si的公鑰，其中i = 1，......，η ;系統為接收方R選擇隨機數Xk — ΕΖ；,作為R的私鑰，計算Ye=XeP e G1作為R的公鑰，其中，Z:是一個乘法群，該乘法群上的元素包括大于等于I且小于q_l的所有整數。所述步驟三包括以下步驟I)第i個發送方Si選擇隨機數!Ti e Z:,計算Ui=ITiP,其中，i = I, ......,η;2)第i個發送方Si對消息Hii完成簽密文計算，步驟如下①Vi=XsiH1 Oiii I I Ysi)；②石=mmiiUiI! Yji Ii F1-Yr);Wi= (Ui, Vi, Zi)作為發送方對消息HIi的簽密文；其中，Vi為乘法循環群G1上的元素，Zi是二進制序列，符號I I表示級聯操作，符號Θ表示異或操作。所述步驟四包括以下步驟ηI) F = ]~[ Vj ,i=\W= (U1, - ,Un, V, Z1, -.,Zn)作為總體簽密文數據包發送給接收方。所述步驟五包括以下步驟I)接收方 R 計算 H2 (Ui I I Ye | | XeU1) _= Zi' H2(U, || Yr K XrU1)-,η2)接收方R，計算Iii=H1Oiii I I Ysi),驗證等式，O = ^ .)是否成立，當且僅當等式成立時接受發送方所發送的消息，其中h為散列函數的輸出。本專利技術通過對簽密算法進行有效設計，使每個發送方的簽密文中存在可以聚合的相關數據；通過對多個簽密文進行聚合，產生一個整體簽密文，以減少要傳輸的數據量和網絡廣播傳輸的次數；通過對解簽密算法進行有效設計，使得接收方可以一次性完成對全部發送方簽密文的解簽密和批量驗證。本專利技術的進一步改進在于簽密文的聚合方可以由任何一個發送方、或者接收方來擔任，可以消除專門設立一個聚合方而帶來的開銷。本專利技術的有益效果在于1、同時實現了機密性、完整性和認證性。每個發送方用各自的私鑰和接收方公鑰對消息進行簽密，接收方必須用其私鑰和發送方的公鑰才能驗證簽密文并解密出消息，攻擊者既無法偽造簽密文，也無法獲得消息的內容，從而實現了機密性、完整性和認證性。2、每個發送方在產生各自的簽密文后，通過對簽密文進行聚合，使網絡中傳輸的總體簽密文數據量得到了有效壓縮，減少了對網絡帶寬的占用，也降低了接收方接收數據的能量消耗。3、接收方通過對聚合后的整體簽密進行一次解簽密操作，就能一 次性驗證所有發送方的身份和所有消息的完整性，并解密出每則消息，能夠顯著降低提高接收方批量解簽密的速度，降低計算的能量消耗。簽密方法的執行效率包括對消息的簽密和解簽密計算開銷、總體簽密文數據的傳輸開銷兩個方面，具有較小計算開銷和較小數據傳輸開銷的方法具有較高的效率，本專利技術主要是在解簽密計算開銷和總體簽密文數據開銷兩個方面提高了性能。本專利技術在一個實驗系統中進行了模擬，在一臺配備有雙核CPU (中央處理器)的計算機上用標準C語言實現了本專利技術方法，分別模擬了 I個、3個、6個、9個和12個發送方同時向I個接收方簽密并發送模擬了 I則、3則、6則、9則和12則不同消息的情況。通過記錄CPU運行時間和總體簽密文數據量來衡量性能。首先觀察了 CPU運行時間，從觀察結果發現，本專利技術方法的CPU運本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種簽密文可聚合的簽密方法，其特征在于包括以下步驟：步驟一：系統設定公共參數；步驟二：系統分別為每個用戶產生公鑰和私鑰；步驟三：每個發送方對各自的消息分別計算簽密文，并將所產生的簽密文發送給聚合方；步驟四：聚合方將所有簽密文聚合成整體簽密文數據包，并發送給接收方；步驟五：接收方用其私鑰和所有發送方的公鑰進行解簽密。

【技術特征摘要】
1.一種簽密文可聚合的簽密方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一系統設定公共參數； 步驟二 系統分別為每個用戶產生公鑰和私鑰； 步驟三每個發送方對各自的消息分別計算簽密文，并將所產生的簽密文發送給聚合方； 步驟四聚合方將所有簽密文聚合成整體簽密文數據包，并發送給接收方； 步驟五接收方用其私鑰和所有發送方的公鑰進行解簽密。2.根據權利要求1所述的簽密文可聚合的簽密方法，其特征在于所述的發送方是具有η個對等的發送方，每個發送方獨立產生簽密文；聚合方具有I個聚合方，能夠對接收到的簽密文執行聚合操作；接收方具有I個，能夠對聚合簽密文進行解簽密。3.根據權利要求1所述的簽密文可聚合的簽密方法，其特征在于所述步驟一系統設定公共參數包括以下步驟 由一個統一的安全通信平臺負責設定公共參數，并向所有用戶廣播，需要設定的系統參數如下k為安全參數，q為長度為k比特的素數，G1是一個階為q的乘法循環群，P是G1生成元,G1中的元素的長度為I比特，G2是另一個階為q的乘法循環群，O = G1XG1 — G2是一個雙線性映射，H1和H2是兩個散列函數，定義分別為H1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓益亮，
申請(專利權)人：韓益亮，
類型：發明
國別省市：