环签名及其应用的理论研究

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数字签名是当前信息安全领域的研究热点,它是一种具有消息完整性认证、可鉴别性、不可否认性和具有加密功能的技术。其中,有一类数字签名我们称之为面向群体数字签名,在它的密码系统中,实体为一个群体,群体中的成员关系可以是平等的,也可以是复杂的结构和形式。面向群体数字签名包含了多种不同类型的数字签名,如群签名、环签名、门限签名等。本论文主要围绕着环签名这一类群体数字签名开展研究。环签名可以看作是一种简化的类群签名,在环签名方案中,环中一个成员利用他的私钥和其他成员的公钥进行签名,但却不需要其他成员的准许。它克服了群签名方案中群管理员权限过大的缺点,而且其签名者是无条件匿名的。环签名因其特有的性质,使得它可以广泛地应用在匿名电子选举、电子政务、电子货币系统、密钥分配以及多方安全计算中,因而成为当前研究的一个热点。本文在对环签名进行了深入研究的基础上,系统地综述了已有的环签名方案的研究进展。本文以环签名的发展为线索,详细介绍了环签名的基本概念,并对环签名的分类、环签名的应用等方面进行了研究,较详细地分析了现有的环签名方案的特点、设计理念和满足的安全性模型,并指出现存方案中存在的一些缺陷。接着,本文关注了环签名的一个发展方向——门限环签名,它有着较多的应用背景。本文的一个贡献是扩展了Shacham和Waters的方案,提出了一个基于身份的门限环签名方案,并给出在标准模型下严格的形式化的安全性证明。本文重点研究解决环签名的签名大小正比于环大小的这个弱点,在此使用了累加器。累加器是由Benaloh和deMare在1993年提出的,它允许将一个输入集合聚集获累加成一个常数大小的值。因此,应用累加器来构造环签名方案,可以得到常数大小(或固定大小)环签名方案。本文的主要贡献就是使用Nguyen提出的高效的动态累加器,提出一个高效的常数大小的基于身份的环签名方案,并给出了严格的形式化的安全性证明。随后,利用提出的常数大小的基于身份的环签名方案,并应用环签名的自发性和匿名性,构造了一个高效的多方并发签名协议,为实际的公平交易中出现的多方公平交换问题提供了高效的解决方案,以此作为常数大小的环签名方案的应用例子。最后,总结了本文的研究内容,同时指出环签名领域中目前仍存在的问题并展望了今后可能的发展趋势和研究方向。
摘要第8-10页
ABSTRACT第10-11页
第1章 引言第12-16页
    1.1 课题研究背景第12-14页
    1.2 研究内容第14-15页
    1.3 论文组织第15-16页
第2章 环签名综述第16-25页
    2.1 环签名的简介第16-18页
        2.1.1 环签名的性质和安全性第16-17页
        2.1.2 Rivest等环签名方案的构造(RSA版本)第17-18页
    2.2 基于身份(ID-Based)的环签名第18-19页
    2.3 一般的环签名第19-20页
    2.4 环签名的应用第20-21页
    2.5 标准模型下的环签名第21-24页
    2.6 本章小结第24-25页
第3章 基于身份的门限环签名第25-40页
    3.1 基于身份的签名第25-26页
    3.2 门限环签名方案第26-32页
        3.2.1 术语和基础知识第27-29页
        3.2.2 基于身份的门限环签名的定义第29-31页
        3.2.3 基于身份的门限环签名具体方案第31-32页
    3.3 安全性证明第32-39页
        3.3.1 正确性第33页
        3.3.2 匿名性第33-35页
        3.3.3 不可伪造性第35-39页
    3.4 本章小结第39-40页
第4章 基于累加器的常数大小的环签名方案第40-52页
    4.1 累加器介绍第40-41页
        4.1.1 术语和基础知识第40页
        4.1.2 双线性对第40-41页
        4.1.3 安全性假设第41页
    4.2 基于双线性映射的动态累加器第41-44页
        4.2.1 累加器模型第41-43页
        4.2.2 基于双线性映射的动态累加器第43-44页
    4.3 常数大小的环签名方案第44-47页
        4.3.1 基于身份的环签名方案模型第44-45页
        4.3.2 常数大小的ID-based环签名方案IDIR第45-47页
    4.4 安全性证明第47-51页
        4.4.1 正确性第47-48页
        4.4.2 无条件的匿名性第48-49页
        4.4.3 不可伪造性第49-51页
    4.5 本章小结第51-52页
第5章 公平交换中的并发签名第52-59页
    5.1 并发签名方案简介第52-54页
        5.1.1 并发签名方案的定义第53-54页
        5.1.2 并发签名方案的安全性定义第54页
    5.2 具体方案第54-57页
    5.3 安全性证明第57-58页
    5.4 本章小结第58-59页
第6章 总结与展望第59-61页
参考文献第61-67页
致谢第67-68页
攻读硕士学位期间发表的学术论文第68-69页
学位论文评阅及答辩情况表第69页
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