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数字签名理论及应用若干研究

王明文  
【摘要】: 伴随着计算机网络技术的发展,信息安全问题倍受关注。与安全领域的其它技术相比,数字签名技术在身份认证、数据完整性和抗否认等方面都具有不可替代的作用,因此在军事、通信、电子商务和电子政务等许多领域获得了广泛的应用。本文比较系统地对数字签名理论、方法和应用进行了研究,并在前人工作的基础上,重点研究了门限签名、群签名、环签名和XML签名等数字签名方案中的若干技术问题,获得了一些有意义的成果。 在门限签名方案的研究中,主要工作如下:(1)基于Boneh等学者的分布式RSA密钥产生协议和Shamir秘密共享方案,提出了一个新的不需要可信中心的门限数字签名方案,之前的方案大部分是基于离散对数问题的,而文中的方案基于RSA理论。(2)为解决将验证数字签名的权力分散化的问题,提出了一种新型的具有指定接收组的门限共享验证数字签名方案。方案结合了Shamir门限秘密共享方案和一种特殊形式的RSA签名方案,避免了在任意结构中计算元素的逆的问题,从而无须对代数结构做扩张,并且具有比较小的计算复杂性和通信开销。(3)对具有指定接收组的门限共享验证数字签名进行了扩展,在改进ElGamal签名和Brickell矢量空间秘密共享方案的基础上,设计了一个面向授权子集的指定接收组共享验证签名方案,方案简单高效易于实现。 在群签名的研究中,针对已有的几个门限群签名方案在抗合谋攻击上的缺陷,在改进RSA签名方案的基础上提出了一个抗合谋攻击的匿名门限群签名方案。指定的签名合成者通过个体签名的辅助值,可以验证个体签名的正确性,另外,通过引入个体签名的影子签名,方案可以抵抗群组内不超过门限值的恶意成员的合谋攻击。进一步,提出了一个针对授权子集的分布式群签名方案,群组的任意授权子集都能够代表群组产生签名,而非授权子集不能代表群组产生签名,签名合成者可以容易地验证群组成员提交的个体签名的合法性,并且群组签名的合法性也容易验证。 在环签名的研究中,对传统的面向个人的环签名方案进行扩展,提出了一个面向授权子集的环签名方案。在方案中,签名子集首先构建一个包含其自身所有成员在内的群组,然后构建一个包含签名子集在内的群组成员的子集集合。环签名是由签名子集中的所有成员合作做出的。验证者可以验证签名是否是由子集集合中的某一个子集所做出的,却无法找出具体的签名子集。在随机问答器模型下,证明了方案是安全的。 在Web服务和XML签名的研究中,首先比较系统的分析了Web服务的技术架构体系,随后给出了一种基于UML对XML Schema文档进行辅助设计的方法和一种从关系模式向XML Schema转换的方法,然后重点分析了XML数字签名规范,并与传统的数字签名进行了对比,最后以上述面向授权子集的环签名方案为例,给出了其对应的面向授权子集环XML签名表示以及相应的签名和验证过程。


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