一种基于SM9数字签名算法的环签名生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于SM9数字签名算法的环签名生成方法，其特征在于，包括密钥生成中心KGC，签名者Signer，验证者Verifier；其中，KGC负责生成系统内签名用户的用户私钥；设环中的用户数为n，用户群组标识集合记为L＝{ID

A ring signature generation method based on SM9 digital signature algorithm

【技术实现步骤摘要】
一种基于SM9数字签名算法的环签名生成方法
本专利技术涉及信息安全技术，尤其涉及一种基于SM9数字签名算法的环签名生成方法。
技术介绍
数字签名是一种公钥密码算法，它能够实现传统签名或盖章的功能，以确保信息传输的完整性、真实性和不可抵赖性。随着数字签名的广泛应用，在一些领域需要具有特殊功能的数字签名方案，传统的数字签名并不能满足应用的需求。比如，在电子现金、电子投票、电子选举、匿名通信等具体应用场景中，需要保障签名者身份的匿名性，而传统的签名不具有这种功能。环签名是一种由Rivest等人提出实现匿名性的签名机制。它是一个面向群组的签名，但并不需要群建立过程，也没有群管理员。签名者只需要自发选取一部分成员公钥，再通过自己的私钥来产生一个签名。签名者以及被选取公钥的用户组成了环签名的群组。验证者可以验证签名来自环中个某个用户，任何用户都无法知道签名者的真实身份。环签名最大的特点是具有完全匿名性。因此，它被广泛用于匿名选举、电子货币、密钥分配以及安全多方计算中，而成为了当前的一个研究热点。自环签名的概念被提出后，科研人员提出了一系列基于公钥密码基础设施(PKI)的环签名方案。但是，这类环签名方案面临着证书问题。一方面，随着用户数量增加，证书管理将会占用大量系统资源；另一方面，签名者进行签名时，需要验证环中其他用户的公钥证书，大大增加了计算开销和通信开销。基于身份的环签名是基于身份的公钥密码技术(IBC)与环签名技木的融合，既具有环签名的匿名性和不可伪造性，又避免了用户证书管理问题。SM9标识密码算法是国家密码管理局于2016年3月28日发布的一种标识密码标准，国密标准编号为“GM/T0044-2016SM9标识密码算法”。该标准满足电子认证服务系统等应用需求，并弥补了国产标识密码体制的空白。SM9算法是一种基于椭圆曲线双线性对的标识密码算法，主要包括三个部分：数字签名算法、公钥加密算法、密钥交换协议。科研人员已经提出了多个基于身份的环签名方案，但是没有基于SM9数字签名算法的环签名方案。为此，本专利设计了一个基于SM9数字签名的环签名生成方案。该方案由密钥生成中心(KGC)负责密钥分发，由签名者(Signer)负责自发组建签名群组并完成消息签名，验证者(Verifier)可验证消息签名合法性，并判断签名者是否为环内用户。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于SM9数字签名算法的环签名生成方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于SM9数字签名算法的环签名生成方法，包括密钥生成中心KGC，签名者Signer，验证者Verifier；其中，KGC负责生成系统内签名用户的用户私钥；设环中的用户数为n，用户群组标识集合记为L＝{ID1,ID2,…,IDn}，签名者为用户群组中的第π个用户(1≤π≤n)，记其私钥为SKπ，标识为IDπ；该方法包括以下步骤：1)生成待签名消息M的环签名为产生对消息M的环签名σ＝(h1,R1,…,Rn)，签名者采用以下步骤：S1：随机选取并计算R＝[r]P1；其中，为由1,2,，…,N-1组成的整数集合，N为大素数，P1为群G1的生成元，G1是阶为N的加法循环群；S2：计算wπ+1＝e(R,Ppub-s)和hπ+1＝H2(L||M||wπ+1,N)；其中，Ppub-s为系统主公钥，由KGC公开，H2为由密码杂凑函数派生的密码函数，e为从G1×G2到GT的双线性对映射；G2为阶为N的加法循环群；S3：根据KGC公开的系统主公钥计算部分环签名(h1,Ri)，即对于i＝π+1,…,n,1,…,π-1，依次执行以下步骤：S3.1：随机选取并计算Ri＝[ri]P1；S3.2：计算vi＝H1(IDi||hid,N)，Qi＝[vi]P2+Ppub-s和ui＝e(Ri,Qi)；其中，H1为由密码杂凑函数派生的密码函数，P2为群G2的生成元，hid为签名私钥生成函数识别符；S3.3：计算和hi+1＝H2(L||M||wi+1,N)；其中，gu为乘法群GT中元素g的u次幂；S3.4：当i＝n时，则令h1＝hn+1；S4：验证r＝hπ是否成立，若成立则重复执行S1步骤；否则，根据签名者的私钥获取部分环签名Rπ，计算Rπ＝[r-hπ]·SKπ；S5：消息M的签名值为σ＝(h1,R1,…,Rn)；2)环签名验证为了检验用户群组L＝{ID1,ID2,…,IDn}对消息M′的数字签名σ′＝(h′1,R′1,…,R′n)，验证者应实现以下运算步骤：V1：计算群GT中的元素g＝e(P1,Ppub-s)；V2：对于i从1增至n，执行：V2.1：检验h′i是否属于集合如果不是则验证不通过；否则，检验R′i是否为G1中的元素，如果不是则验证不通过，否则执行下一步；V2.2：计算vi＝H1(IDi||hid,N)，Qi＝[vi]P2+Ppub-s和u′i＝e(Ri′,Qi)；V2.3：计算和h′i+1＝H2(L||M′||w′i+1,N)；V3：验证h′n+1＝h′1是否成立，若成立则验证通过；否则验证不通过。按上述方案，所述步骤S2中，Ppub-s＝[ks]P2。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术方法的环签名构造方式，具有实现简单、安全性高、易验证等特点。同时，本专利技术方法产生签名过程中，签名者可自发构造用户群组形成环，无需其他用户参与即可产生环签名，同时保证了签名的不可否认性和签名者身份的匿名性。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例的方法流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利设计了一个基于SM9数字签名的环签名生成方案。该方案由密钥生成中心(KGC)负责密钥分发，由签名者(Signer)负责自发组建签名群组并完成消息签名，验证者(Verifier)可验证消息签名合法性，并判断签名者是否为环内用户。为保证通用性，本专利的参数选取与SM9签名算法标准参数保持一致。具体符号描述如下：N：一个大素数。由1,2,，….,N-1组成的整数集合。G1，G2：阶为N的加法循环群。GT：阶为N的乘法循环群。P1，P2：分别为群G1和G2的生成元。gu：乘法群GT中元素g的u次幂。[k]P:椭圆曲线上点P的k倍点，k是正整数。e：从G1×G2到GT的双线性对映射。H1(·)，H2(·)：由密码杂凑函数派生的密码函数。ks:系统主私钥，由KGC秘密持有。Ppub-s：系统主公钥Ppub-s＝[ks]P2，由KGC公开。hi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SM9数字签名算法的环签名生成方法，其特征在于，包括密钥生成中心KGC，签名者Signer，验证者Verifier；其中，KGC负责生成系统内签名用户的用户私钥；/n设环中的用户数为n，用户群组标识集合记为L＝{ID

【技术特征摘要】
1.一种基于SM9数字签名算法的环签名生成方法，其特征在于，包括密钥生成中心KGC，签名者Signer，验证者Verifier；其中，KGC负责生成系统内签名用户的用户私钥；
设环中的用户数为n，用户群组标识集合记为L＝{ID1,ID2,…,IDn}，签名者为用户群组中的第π个用户(1≤π≤n)，记其私钥为SKπ，标识为IDπ；
该方法包括以下步骤：
1)生成待签名消息M的环签名
为产生对消息M的环签名σ＝(h1,R1,…,Rn)，签名者采用以下步骤：
S1：随机选取并计算R＝[r]P1；
其中，为由1,2,，…,N-1组成的整数集合，N为大素数，P1为群G1的生成元，G1是阶为N的加法循环群；
S2：计算wπ+1＝e(R,Ppub-s)和hπ+1＝H2(L||M||wπ+1,N)；
其中，Ppub-s为系统主公钥，由KGC公开，
H2为由密码杂凑函数派生的密码函数，e为从G1×G2到GT的双线性对映射；G2为阶为N的加法循环群；
S3：根据KGC公开的系统主公钥计算部分环签名(h1,Ri)，即对于i＝π+1,…,n,1,…,π-1，依次执行以下步骤：
S3.1：随机选取并计算Ri＝[ri]P1；
S3.2：计算vi＝H1(IDi||hid,N)，Qi＝[vi]P2+Ppub-s和ui＝e(Ri,Qi)；
其中，H1为由密码杂凑函数派生的密码...

【专利技术属性】
技术研发人员：何德彪，彭聪，范青，贾小英，罗敏，黄欣沂，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42