一种并行化多接收方签密方法技术

本发明专利技术属于无线网络中组通信数据认证和保密领域，具体涉及一种并行化多接收方签密方法，包括以下步骤：１、设定系统参数；２、产生密钥；３、发送方并行地对多个消息分别计算签密文，并对所产生的多个部分签密文聚合成一个总体签密文数据包；４、发送方通过广播信道向接收方群体广播总体签密文数据包５、各接收方获取与其相关的部分签密文，并用自己的私钥和发送方的公钥进行验签。在多个部分签密文的计算上采用了并行的逻辑结构；具有同时向多个接收方发送不同的消息的能力；在确保安全性的前提下通过重用随机数减少了总体签密文的数据量。克服了其它多接收方签密方法只能广播同一则消息、只能串行运行的缺陷，从而具有更高的传输能力和计算效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线网络中组通信数据认证和保密领域，具体涉及一种并行化的多接收方签密方法。
技术介绍
随着对无线网络的深入研究和广泛应用，安全组通信成为一种主要的信息交换方 式。在视频会议、证券行情发布、数字内容分发等场合有着良好的应用前景。安全组通信不 仅是一种网络通信服务，也是其它安全协议的基本部件之一。在安全组通信中，通常有一个 发送方向多个接收方发送相同的或不同的消息。为保证安全性，首先要确保所发送消息的 机密性和完整性，即消息的内容不能被不属于通信组的攻击者非法窃取和篡改；同时对发 送方可以认证，即通过验证能够识别出消息发送方的身份；且要满足前向安全性和后向安 全性，即接收方不能获取在他加入之前和离开以后所传输的消息内容。在无线网络中，安全 组通信除应符合以上一般安全性要求外，还应能够充分利用无线信道的广播属性，具有较 低的计算和传输开销。 通常情况下，机密性通过加密来实现，完整性和认证性通过数字签名来实现，前向 安全性和后向安全性通过频繁地更新密钥来实现。签密是一种新的密码技术，通过一个操 作来同时实现机密性、完整性和认证性。传统的签密技术用于点对点通信的场合，经过推广 之后也可以作为组通信的安全技术之一。签密技术用于安全组通信的现有方法分为两类 第一类是广播的多接收方签密方法，只适用于向多个接收方广播相同的消息，不能同时向 不同的接收方发送不同的消息，而且在体系结构设计上都采用了串行的结构，没有把多个 部分密文计算中存在的潜在并行性开发出来；第二类方法是发送方和每个接收方之间分别 执行一次点对点的签密操作，以建立多条点对点的安全链路，为确保安全，每次所使用的参 数的不得相关，为提高效率也可以将多个点对点签密操作并行执行，但这种方法只是一种 简单的并行，没有根据参数的相关性进一步优化的可能性，而且不恰当的参数选择还可能 导致安全隐患。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出，该方法充分开发多接收方 签密中潜在的并行性，聚合签密文中的相关数据，压縮总体数据量，减少无线广播传输的次 数。 为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下 采用并行化的体系结构设计，以充分利用计算机硬件和软件设计的并行技术；在 确保安全性的前提下重用了随机数，以降低计算的复杂性并减少数据量；将多个部分签密 文聚合成一则广播的总体签密文，以减少无线传输的次数。包括下列步骤 步骤一 设定系统参数； 步骤二 产生密钥； 步骤三发送方并行地对多个消息分别计算签密文，并对所产生的多个部分签密 文聚合成一个总体签密文数据包； 步骤四发送方通过广播信道向接收方群体广播总体签密文数据包； 步骤五各接收方获取与其相关的部分签密文，并用自己的私钥和发送方的公钥进行验签。 本专利技术的发送方包含N个能逻辑上并发处理的签密计算单元，每个计算单元每次独立产生一个部分签密文。 所述步骤三包括以下步骤 1)发送方选择随机数r G Z二并计算U = rP，其中Zq*是乘法群，该乘法群上的元 素包括大于等于1且小于q-1的所有整数，P是一个阶为q的乘法循环群^的生成元，U是 G丄上的元素; 2)发送方将待发送的消息和相应接收方的公钥分为「MH:组，其中n为接收方的 数量，符号「 l表示上取整操作； 3)发送方将第j组第i个参数(mj*N+i， xs， YKj*N+i)分配给第i个签密计算单元，其中乂 = 0， ......， 「/7Vl - 1 ， i = 1，......， N， mj*N+i为要发送给第j*N+i个接收方的消息，xs为发送方的私钥，YK,N+i为第j*N+i个接收方的公钥； 4)每个签密计算单元并发地完成签密文计算，步骤如下 (DVj*N+i = XsHm押+i， rYKj*N+i); ②Zj，=(附,w+'H 压(，IV飾r!V胸)； 其中，V,i为乘法循环群^上的元素，Z,i是二进制序列，lU)禾PHJ)为两个散 列函数，符号I I表示级联操作，符号@表示异或操作； 5)发送方收集每个签密计算单元输出的部分签密文，聚合产生一个总体签密文数据包W = (U， Z......， Zn)。 所述步骤五包括以下步骤 l)第i个接收方Ri从广播的签密文数据包中获取与其相关的部分签密文Wi二 (U， Z》； 2)第i个接收方&计算H2 (U， xKiU)和( || = Z //2(t/， X范C/); 3)第i个接收方&验签，计算h = H丄Ov xKiU)，验证等式e (Ys， h》=e (P， V》是否成立，当且仅当等式成立时接受发送方所发送的消息，其中h为散列函数的输出，e为双线性映射。 本专利技术的进一步改进在于 步骤三第1)步中随机数r的选择和U的计算可以采用预计算的方法，即发送方在 空闲时段内完成r的选择和U的计算，将预计算所得到的多个计算值存储在列表中，每次执 行签密操作时从列表中选取一对(r， U)。为保证安全性，每一对(r， U)在使用后必须从列 表中删除，不得重复使用。 本专利技术的有益效果在于本专利技术采用了并行的体系结构，部分签密文的计算通过 并发执行的多个签密计算单元产生，充分利用了软件和硬件并行技术，提高了签密计算的 效率；在确保安全性的前提下重用了随机数，使得多个部分签密文存在共用的数据；多个4部分签密文聚合成为一个总体签密文数据包，压縮了多个部分签密文中的共用数据，减小 了总体签密文的长度；每次通信前都根据当前组成员来确定参与计算的公钥和私钥，发送 方使用了自己的私钥和接收方的公钥来签密消息，每个接收方只能用自己的私钥和发送方 的公钥来验证属于自己的部分签密文、解密出相应的明文消息，从而保证了前向安全性和 后向安全性。 签密方法的执行效率包括签密文的计算和总体签密文的数据量两个方面，具有较 小计算时间和较小总体签密文数据量的方法具有较高的效率。本专利技术基于c语言在一个实 验系统中进行了模拟，在一台配备有双核CPU(中央处理器)的计算机上运行2个线程，分 别模拟了发送方同时向2个、10个、1000个接收方签密并发送2贝U、10贝U、1000则不同消息 的情况。通过记录CPU运行时间和总体签密文数据量来衡量性能。首先观察了CPU运行时 间，从记录的结果发现，本专利技术方法的CPU运行时间均小于其它方法，而且随着接收方数量 的增加，本专利技术方法的CPU运行时间相对于串行方法的性能提高也在增加，在有2个接收方 时CPU运行时间相对于串行运行方法减少了 26. 9%，在有IO个接收方时CPU运行时间相对 于串行运行方法减少了 43. 9% ，在有1000个接收方时CPU运行时间相对于串行运行方法减 少了 48.6%。然后观察了总体签密文的数据量，本专利技术方法的总体签密文的数据量均小于 其它方法，而且随接收方数量的增加，本专利技术方法的总体签密文的数据量相对于串行运行 方法的性能提高也在增加，在有2个接收方时总体签密文数据量相对于串行运行方法减少 了 21. 4%，在有IO个接收方时总体签密文数据量相对于串行运行方法减少了 38. 6%，在有 1000个接收方时总体签密文数据量相对于串行运行方法减少了 42. 8% 。附图说明 参照图1，说明了本专利技术方法中签密文计算部分的逻辑结构。本专利技术方法在逻辑结 构中包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并行化多接收方签密方法，包括以下步骤：步骤一：设定系统参数；步骤二：产生密钥；步骤三：发送方并行地对多个消息分别计算签密文，并对所产生的多个部分签密文聚合成一个总体签密文数据包；步骤四：发送方通过播信道向接收方群体广播总体签密文数据包；步骤五：各接收方获取与其相关的部分签密文，并用自己的私钥和发送方的公钥进行验签。

【技术特征摘要】
一种并行化多接收方签密方法，包括以下步骤步骤一设定系统参数；步骤二产生密钥；步骤三发送方并行地对多个消息分别计算签密文，并对所产生的多个部分签密文聚合成一个总体签密文数据包；步骤四发送方通过播信道向接收方群体广播总体签密文数据包；步骤五各接收方获取与其相关的部分签密文，并用自己的私钥和发送方的公钥进行验签。2. 根据权利要求1所述的并行化多接收方签密方法，其特征在于发送方包含N个能 逻辑上并发处理的签密计算单元，每个计算单元每次独立产生一个部分签密文。3. 根据权利要求1所述的并行化多接收方签密方法，其特征在于 所述步骤三包括以下步骤1) 发送方选择随机数re Z/，并计算U = rP，其中Zj是乘法群，该乘法群上的元素包括 大于等于1且小于q-l的所有整数，P是一个阶为q的乘法循环群&的生成元，U是^上 的元素；2) 发送方将待发送的消息和相应接收方的公钥分为「w/iVl组，其中n为接收方的数量，符号「 l表示上取整操作；3) 发送方将第j组第i个参数(m，N+i， xs， YK,i)分配给第i个签密计算单元，其中_/ = 0, ......, 「/Wl - 1, / = 1， ......， iV，nij術为要发送给第j*N+i个接收方的消息，xs为发送方的私钥，YK,N+i为第j*N+i个接收方的公钥；4) 每个签密计算单元并发地完成签密文计算，步骤如下<formula>fo...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂小林，韩益亮，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]