一種從無(wú)證書(shū)環(huán)境到公鑰基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境的簽密方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信息安全技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種從無(wú)證書(shū)環(huán)境到公鑰基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境 的異構(gòu)簽密方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的公鑰密碼體制是基于公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PublicIfeyIn化astruc化re,W下 簡(jiǎn)稱(chēng)PKI)的。在該種密碼體制中，公鑰與用戶(hù)身份沒(méi)有直接關(guān)系，所W需要一個(gè)可信第S 方--認(rèn)證中屯、（CertificateAuthority,W下簡(jiǎn)稱(chēng)CA)頒發(fā)一個(gè)證書(shū)來(lái)把用戶(hù)的公鑰與其 身份信息進(jìn)行綁定，從而需要建立一套PKI系統(tǒng)。由于PKI的建立需要高昂的費(fèi)用，該阻礙 了基于PKI的公鑰密碼體制的廣泛使用，使得它只適合于用戶(hù)數(shù)量適中的系統(tǒng)。
[000引基于身份的密碼體制可W降低高昂的公鑰管理費(fèi)用，它是化amir于1984年在CRYPTO'84中提出的概念。基于身份的密碼體制是先確定用戶(hù)的公鑰，再計(jì)算相應(yīng)的私鑰。 因而公鑰可W取為用戶(hù)的身份信息，省去了公鑰證書(shū)，降低了公鑰管理的費(fèi)用。但基于身份 的密碼體制的私鑰必須由可信第S方一私鑰生成中屯、（PrivateIfeyGenerator,W下簡(jiǎn)稱(chēng) PKG)產(chǎn)生，不可避免地引起密鑰托管問(wèn)題，即PKG知道所有用戶(hù)的私鑰。所W，它只能適合 于對(duì)PKG絕對(duì)可信的場(chǎng)合應(yīng)用。
[0004] 無(wú)證書(shū)密碼體制既可降低公鑰的管理費(fèi)用又可解決密鑰托管問(wèn)題，它是 Al-Riyami和化terson于2003年在ASIACRYPT' 2003中提出的概念。無(wú)證書(shū)密碼體制的 私鑰由兩部分組成。一部分是密鑰生成中屯、化巧Generation Center, W下簡(jiǎn)稱(chēng)KGC)生成 的部分私鑰；另一部分是用戶(hù)自己選取的一個(gè)秘密值。公鑰也由兩部分組成。一部分是用 戶(hù)的身份信息；另一部分是秘密值對(duì)應(yīng)的公鑰。由于KGC不知道用戶(hù)的完整私鑰，因而解決 了密鑰托管問(wèn)題。并且用戶(hù)的公鑰不需要證書(shū)，因而降低了公鑰的管理費(fèi)用。
[0005] 保密性和認(rèn)證性是信息安全領(lǐng)域里兩個(gè)基本的安全需求。保密性可W通過(guò)加密技 術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)；而認(rèn)證性可W通過(guò)數(shù)字簽名來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)我們同時(shí)需要保密性和認(rèn)證性時(shí)，傳統(tǒng) 做法是"先簽名再加密"。簽密可W實(shí)現(xiàn)在一個(gè)邏輯步驟內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)加密和簽名兩項(xiàng)功能， 而且其計(jì)算代價(jià)和通信成本比傳統(tǒng)的"先簽名再加密"的兩步實(shí)現(xiàn)要小得多，它是化eng于 1997年在CRYPTO' 97中提出的概念。
[0006] 目前，基于PKI的簽密方案、基于身份的簽密方案和基于無(wú)證書(shū)的簽密方案都得 到了廣泛的研究。但它們都假定用戶(hù)屬于相同的公鑰認(rèn)證環(huán)境，即收發(fā)雙方要么同屬于PKI 環(huán)境、要么同屬于基于身份的環(huán)境、要么同屬于無(wú)證書(shū)環(huán)境。
[0007] 2010年，Sun和Li提出了一個(gè)異構(gòu)環(huán)境的簽密方案，該方案的發(fā)送方屬于PKI環(huán) 境而接收方屬于基于身份的環(huán)境，它為屬于不同公鑰認(rèn)證環(huán)境的用戶(hù)提供了能進(jìn)行簽密通 信的方法。2011年，化ang, Wong和Yang提出兩個(gè)發(fā)送方屬于PKI環(huán)境而接收方屬于基于 身份環(huán)境的異構(gòu)簽密方案。2013年，Li,化ang和化kagi提出兩個(gè)異構(gòu)環(huán)境簽密方案，第一 個(gè)方案的發(fā)送方屬于PKI環(huán)境而接收方屬于基于身份的環(huán)境，第二個(gè)方案的發(fā)送方屬于基 于身份環(huán)境而接收方屬于PKI環(huán)境。同年，Li和Xiong提出一個(gè)異構(gòu)環(huán)境的在線(xiàn)/離線(xiàn)簽 密方案，該方案的發(fā)送方屬于基于身份的環(huán)境而接受方屬于PKI環(huán)境。
[000引另外，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN103746810A公開(kāi)了一種發(fā)送方屬于PKI環(huán)境而接收方屬 于基于身份環(huán)境的匿名簽密方法。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN103746811A公開(kāi)了一種發(fā)送方屬于基 于身份環(huán)境而接收方屬于PKI環(huán)境的匿名簽密方法。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN104270249A公開(kāi)了 一種發(fā)送方屬于基于無(wú)證書(shū)環(huán)境而接收方屬于基于身份環(huán)境的簽密方法。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) CN104301108A公開(kāi)了一種發(fā)送方屬于基于身份環(huán)境而接收方屬于無(wú)證書(shū)環(huán)境的簽密方法。
[0009] 但W上所有異構(gòu)環(huán)境的簽密方法都假定收發(fā)雙方共用相同的系統(tǒng)共用參數(shù)，然而 由于收發(fā)雙方屬于不同的公鑰環(huán)境，更普遍和更實(shí)際的情況是收發(fā)雙方使用不同的系統(tǒng)共 用參數(shù)。而且，若發(fā)送方屬于無(wú)證書(shū)環(huán)境而接收方屬于PKI環(huán)境，則W上方法都將無(wú)法使 用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種發(fā)送方屬于無(wú)證書(shū)環(huán)境而 接收方屬于PKI環(huán)境的異構(gòu)簽密方法，并且收發(fā)雙方的系統(tǒng)公共參數(shù)不同。
[0011] 本發(fā)明公開(kāi)了一種從無(wú)證書(shū)環(huán)境到公鑰基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境的簽密方法，包括下列步 驟：
[0012] 步驟1無(wú)證書(shū)環(huán)境系統(tǒng)初始化；設(shè)定無(wú)證書(shū)環(huán)境的系統(tǒng)參數(shù)，用于生成發(fā)送方的 完全私鑰和公鑰、簽密和解簽密。
[0013] 步驟2PKI環(huán)境系統(tǒng)初始化；設(shè)定PKI環(huán)境的系統(tǒng)參數(shù)，用于生成接收方的私鑰和 公鑰、簽密和解簽密。
[0014] 步驟3無(wú)證書(shū)環(huán)境的發(fā)送方密鑰生成；發(fā)送方A提交自己的身份信息IDa給密鑰 生成中屯、KGC，KGC根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和用戶(hù)身份信息IDa生成用戶(hù)的部分私鑰DA并秘密地發(fā)送 給發(fā)送方。發(fā)送方基于系統(tǒng)參數(shù)隨機(jī)生成一個(gè)秘密值Xa，計(jì)算相應(yīng)于該秘密值的公鑰PKa， 并基于秘密值Xa和部分私鑰DA計(jì)算自己的完整私鑰。
[00巧]步驟4PKI環(huán)境的接收方密鑰生成；接收方B隨機(jī)選取一個(gè)秘密值xe作為私鑰，并 計(jì)算公鑰PKb。
[0016] 步驟5簽密；發(fā)送方根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)、自己的完整私鑰與公鑰、消息m和接收方的公 鑰生成簽密文0。
[0017] 步驟6解簽密；接收方根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)，發(fā)送方的身份與公鑰和自己的公鑰驗(yàn)證簽 密文0的正確性，如果正確則接受該簽密文0，然后再使用自己的私鑰解密出消息m，否則 拒絕。
[0018] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方法，所述步驟1中無(wú)證書(shū)環(huán)境的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定為：
[0019] 安全參數(shù)ki_i為正整數(shù)；一個(gè)循環(huán)加法群GH和一個(gè)循環(huán)乘法群G2_1，兩個(gè)群的階 都為素?cái)?shù)Qh;-個(gè)隨機(jī)的Gh的生成元Ph;-個(gè)雙線(xiàn)性映射ei:Gi_iXGH-G2_i;四個(gè)安全 的散列函數(shù)巧端邱:腳r一這1，{(ur-U1，其中{(ur表示任意比特長(zhǎng)的二進(jìn)制 序列組成的集合，適I表示去掉單位元所得的加法群，{〇, 1}1表示比特長(zhǎng)為1的二進(jìn)制序列 組成的集合，1為預(yù)設(shè)參數(shù)，表示消息的比特長(zhǎng)度；一個(gè)隨機(jī)數(shù)^€馬_，作為主私鑰，計(jì)算Ppub =sPh作為主公鑰，其中與，是由所有大于等于1且小于Qh的正整數(shù)組成的有限域；公開(kāi) 系統(tǒng)參數(shù)為柄，Gh，G2_i，1，Pi_i，Ppub，Hi,&，也W，保密主密鑰s;
[0020] 所述步驟2中PKI環(huán)境的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)為：
[002U 安全參數(shù)ki_2為正整數(shù)；一個(gè)循環(huán)加法群G1_2和一個(gè)循環(huán)乘法群G2_2,兩個(gè)群的階 都為素?cái)?shù)心;一個(gè)隨機(jī)的Gi_2的生成元Pi_2;-個(gè)雙線(xiàn)性映射e2:Gi_2XGi_2- 02_2;公開(kāi)系統(tǒng) 參數(shù)為{的，Gi_2,G2-2,Pi-]};
[0022] 所述步驟3無(wú)證書(shū)環(huán)境的發(fā)送方密鑰生成具體包括：
[002引密鑰生成中屯、計(jì)算發(fā)送方A的部分私鑰Da=sQA，其中Qa=H1(IDa);發(fā)送方A隨 機(jī)選取秘密值，并設(shè)置完整私鑰為值A(chǔ),Xa)，計(jì)算公鑰PKa=XaPh，則完整公鑰為 (Qa，PKa);
[0024] 所述步驟4所述PKI環(huán)境的接收方密鑰生成具體包括：
[002引接收方B隨機(jī)選取作為私鑰，計(jì)算公鑰PKb=XbPi_2;
[0026] 所述步驟5簽密具體包括；設(shè)消息m G {0，：[}1，q = max站_1，Qw}，其中max表示 取最大值；發(fā)送方A隨機(jī)選取，計(jì)算Ui=巧1_1，&=巧1_2,h = &化，&，巧而，IDa，PKa)， F = m?/!,w= Vx化化，也V，IDa，PKa, PKb)+邱化，也V，IDa，PKa, PKb)，輸出0= 扣1，&，V，W)作為簽密文，其中?表示異或運(yùn)算。
[0027] 所述步驟6解簽密具體包括：
[00測(cè)接收方B驗(yàn)證
[0029]e(Pi_i，W) =e(Ppub，Qa)e(PKa，H3(Ui，U2,V，IDa，PKa，PKb)) e扣1，H4扣1，&，V，IDa，PKa,PKb))是否成么不成立則返回丄表示拒絕；否則恢復(fù)消息 m = V西H2(U、JJ2，XbU2，ID.4，PK.4)。