（计算机软件与理论专业论文）代理签名的分析改进及应用.pdf

山东大学硕士学位论文 代理签名的分析改进及应用 研究生：杨伟强 指导教师：徐秋亮教授 摘要 网络通讯技术的发展日新月异，使得网络通信以及在线商务活动等成为我们 生活中的普遍现象，可以预见电子商务将是未来信息社会商务活动的主流。这就 更加突出网络信息安全的重要性。在目前的网络信息安全研究领域，公开钥密码 系统是相当重要的一个研究方面，该密码系统关键的一环又非数字签名机制莫 属。数字签名机制的完善与否对数字认证系统( c a ) 而言具有决定性的指导意义， 同时数字签名也是当今流行热点公开钥基础设施( p k i ) 的基础。因此数字签名机 制的研究相当为信息安全学界所重视。代理签名是一种特殊的数字签名方 案，代理签名能够解决普通数字签名某些无法解决的问题，在某些方 面起着普通数字签名不可替代的作用，发展前景十分广阔。 本文所做的主要工作有： 1 总结代理签名概念、分类和安全性。 所谓代理签名指的是具有签名权力的原签名者授权代理签名者，代理签名者 根据授权代表原签名者产生一个有效的代理签名，代理签名接受方验证代理签名 有效性的同时验证授权。 根据授权方式不同代理签名可以分为三类，即完全授权方案，部分授权方案 和证书授权方案；部分授权方案又分为代理人受保护和代理人不受保护两种。 一个好的代理签名方案应满足以下安全性要求1 1 1 2 1 ： 强不可伪造性：除了代理签名者，任何人不能产生一个有效的代理签名。 强，指的是即使是原始签名者也不行。 【山东大学硕士学位论文 户可验证性：通过代理签名，验证者能够确信原始签名者确实授权代理签 名者对文件进行了签名。也就是说，不但能验证代理签名者生成的代理 签名，也能验证原始签名者的授权。 强可鉴别性：通过代理签名，任何人能够确定代理签名者的身份。 强不可否认性：代理签名者事后不能否认其产生过的代理签名。 阻止滥用：代理签名密钥不能用于其它目的。 2 代理签名机制的典型方法及其目的意义 代理签名机制典型的方法是原始签名者对授权信息( 代理人的身 份i d ，或类似的授权证书) 做签名，然后秘密地送给代理签名者，代 理签名者把授权证书作为代理签名密钥或者从授权证书产生代理签 名密钥就可以产生代理签名了。由于代理签名的产生用到了原始签名 者的签名，这样验证代理签名就同时也间接的验证了原始签名者的签 名，也就是说任何代理签名验证者通过代理签名确信所签文件得到了 原始签名者的同意。由此可以看出，原签名者由于出差、旅游、繁忙、 或者健康原因等不能行使其拥有的签名权力时，应用代理签名方案授 权他信任的人代表他产生有效的签名将是一个很好的解决方案，从而 可以避免由于延误而受到的损失。此外，恰当的利用代理签名还可以 达到一些特殊的效果，比如应用于可移动代理，电子现金，匿名投票 系统等；应用自代理签名方案可以实现不需要可信任中心参与的就能 方便的进行公私钥更新，这些都是非常吸引人的研究方向。 3 综述典型代理签名方案 我们综述了代理签名方案及其应用的研究成果和发展状况，给出 了典型的代理签名，多重代理签名，门限代理签名以及代理盲签名的 代表方案的描述。 4 分析典型的代理签名方案 山东大学硕士学位论文 我们分析现有的、对学科发展有重要意义的几个典型代理签名方案，现有 方案中普遍存在不能阻止滥用权力或者存在伪造攻击以及效率低等缺陷。通过分 析我们认为几乎所有的方案都不能阻止原始人的伪造攻击。我给出了详细的攻击 过程。 5 改进典型的代理签名方案 我们给出了其中几个方案的改进方案，分别克服了原方案的弱点，满足更高 的安全性或更高的效率。我们重点改进l e e 方案 1 ，通过改进代理密钥的生成 公式，从而阻止分析中提到的伪造攻击。类似的我们改进代理盲签名方案，改进 后的方案拥有更高的安全性。我们还改进了门限代理签名方案，得到了一个具有 更高效率的方案。最后我们指出了这方面研究目前所存在的问题及几个值得重视 的研究方向。 迄今为止，比较成熟的代理签名方案都是基于s c h n o r r 签名方案， 这显然不如基于传统方案如r s a 、d s s 更令人放心，在假定s c h n o r r 签名方案像r s a 、d s a 同样安全的前提下，当前的代理签名方案也还 大都存在着这样那样的问题。鉴于此，我们将重点研究代理签名的安 全性，效率以及实用性，通过系统分析归纳及深入探讨代理签名各类 方案，找出现有方案安全漏洞或其弱点，并根据分析设计出一套可行 的代理签名机制，从而有助于完善公开钥基础设施的研究，推动未来 信息社会的发展。 关键词：公开钥密码系统数字签名代理签名代理多重签名 多重代理签名门限代理签名代理盲签名p k i电子商务 i i l 山东大学硕士学位沦文 a b s t r a c t t h ec o m m u n i c a n tt e c h n o l o g yi nt h ei n t e r a c tc h a n g e sw i t he a c hp a s s i n gd a y , i t g e n e r a l i z e st h ei n t e r c h a n g e dp h e n o m e n o no f o n - l i n et r a n s a c t i o na n dc o m m u n i c a t i o n m o s tp r o b a b l et h ee l e c t r o n i cc o m m e r c ew i l lb et h ec u r r e n to fb u s i n e s st r a n s a c t i o n a c t i v i t yi nt h ef u t u r e t h e r e f o r e ，t h ei m p o r t a n c eo fi n f o r m a t i o ns e c u r i t yo b v i o u s l y b e c o m e so u t s t a n d i n g i | i nt h ep r e s e n tr e s e a r c ho fn e t w o r ki n f o r m a t i o n s e c u r i t y , p u b l i c - k e yc r y p t o s y s t e mi sr e g a r d e da sw i d e l ya p p r o v e do n e t h ei m p l e m e n ti nt h e p u b l i c - k e yc r y p t o s y s t e md e p e n d so n t h et e c h n i q u eo f d i g i t a ls i g n a t u r es c h e m e i t i s b e c a u s et h a tt h ed i g i t a l s i g n a t u r ef u n c t i o nc a r la c h i e v eac e r t i f i c a t ea u t h o r i t y ( c a ) i n c o n s t r u c t i n ga p u b l i ck e y i n f r a s t r u c t u r e ( p i g ) a l o n gw j n l t h ec h a n g ei nt h eg e n e r a l s i t u a t i o n ，t h es t u d yc o r r e l a t e dt ot h ed i g i t a ls i g n a t u r ec h a n g e sa sw e l l t h e e x t e n to f a p p l i c a t i o ni sq u i t ew i d e i n c l u d i n gt h ep r o p o s e dr e s e a r c ho fp r o x ys i g n a t u r ei nt h e p a p e r t h ec o n c e p to fp r o x ys i g n a t u r ee n a b l e st o s o l v et h eb l i n ds p o t so fd i g i t a l s i g n a t u r ei np r a c t i c e ，i tw e l l w o r t h d e v e l o p i n g o n rc o n t r i b u t i o n 1 s u m m a r i z et h e c o n c e p t o fp r o x y s i g n a t u r e a n di t s c a t e g o r y a n d s e c u r i t y r e q u i r e m e n t so f p r o x ys i g n a t u r e s t h es o - c a l l e dp r o x ys i g r m t u r ei sas i g n a t u r es c h e m et h a ta no r i g i n a ls i g n e r d e l e g a t e s h i s h e r s i g n i n gc a p a b i l i t y t oap r o x ys i g n e r , a n dt h e nt h ep r o x ys i g n e r c r e a t e sa s i g n a t u r eo n b e h a l fo ft h eo r i g i n a ls i g n e r w h e nar e c e i v e rv e r i f i e sap r o x y s i g n a t u r e ，b ev e r i f i e st h es i g n a t u r e i t s e l f a n do r i g i n a ls i g n e r sd e l e g a t i o n t o g e t h e r w ec a l l c l a s s i f yp r o x ys i g n a t u r e sb a s e do nd e l e g a t i o nt y p ea sf u l ld e l e g a t i o n ， p a r t i a ld e l e g a t i o n ，a n dd e l e g a t i o nb yw a r r a n t p a r t i a ld e l e g a t i o ni sm r t h e r c l a s s i f i e d a sp r o x y u n p r o t e c t e da n d p r o x y - p r o t e c t e da c c o r d i n g t op r o t e c t i o no f p r o x y s i g n e r s o m es e c u r i t yr e q u i r e m e n t so f p r o x ys i g n a t u r e sc a nb el i s t e da sf o l l o w s ： s t r o n gu n f o r g e a b i l i t yo n l yt h ep r o x ys i g n e rc a nc r e a t e av a l i dp r o x yk e 3 7 p a i r v e r i f i a b i l i t yo r i g i n a ls i g n e r sa g r e e m e n to nt h e w a r r a n ti sc o n f i r m e di n v e r i f i c a t i o n 山东大学硕士学位论文 l 户s t r o n gi d e n t i f i a b i l i t yi d e n t i t yo f t h ep r o x ys i g n e ri si n c l u d e de x p l i c i t l yi nt h e p r o x yp u b l i ck e y s t r o n gu n d e n i a b i l i t yp r o x yk e yp a i r c a i lb ec o m p u t e do n l yb yt h ep r o x y s i g n e r p r e v e n t i o no fm i s u s ea n ym i s u s eo fp r o x yk e yp a i ri s p r o x ys i g n e r s r e s p o n s i b i l i t y 2 b a s i c m e t h o d o l o g y o f p r o x ys i g n a t u r e a n di t si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c e t h eb a s i cm e t h o d o l o g yo f p r o x ys i g n a t u r ei st h a tt h eo r i g i n a ls i g n e rc r e a t e sa s i g n a t u r e o n d e l e g a t i o ni n f o r m a t i o n ( i d o ft h e p r o x ys i g n e r , o ra n yw a r r a n t i n f o r m a t i o n ) a n dg i v e s i ts e c r e t l yt ot h ep r o x y s i g n e r , a n d t h e nt h ep r o x ys i g n e ru s e si t a sa p r o x yp r i v a t ek e y o ru s e si tt og e n e r a t eap r o x y p r i v a t ek e y b e c a u s e t h ep r o x y k e yp a i ri sg e n e r a t e df r o mo r i g i n a ls i g n e r ss i g n a t u r eo nd e l e g a t i o ni n f o r m a t i o n a n y v e r i f i e rc a nc h e e k o r i g i n a ls i g n e r sa g r e e m e n tf r o map r o x ys i g n a t u r e c o n s e q u e n t l y , w h i l et h eo r i g i n a ls i g n e rd i s a b l e st oe x e r c i s ea u t h o r i t yf o rs i g n i n g ，t h e nh ee n a b l e st o a m h o r i z et h ep r o x yo n eo nh i sb e h a l f u s i n gt h ep r o x ys i g n a t u r es c h e m e f o l l o w i n g t h ew a y , t h ep o s s i b l el o s sf r o mt h ed e l a yo f t i m i n gc a nb ea v o i d e d ，a n dt h ee f f i c i e n c y i np e r f o r m a n c ec a nb ep r o m o t e d t h er e l a t e da p p l i c a t i o no f p r o x ys i g n a t u r ec a nb e a l s od e v o t e dt ot h es e c u r em o b i l ea g e n t ，s e l f - p r o x ys i g n a t u r e ，e l e c 廿o h i c - c a s h ，a n d a n o n y m o u s e l e c t r o n i c v o t er e s e a r c hw h o s e p o t e n t i a ln e e d s f u r t h e r d e v e l o p i n g 3 s u r v e y t h ea c h i e v e m e n t si nt h ef i e l do f p r o x y s i g n a t u r e s w es u r v e yt h ea c h i e v e m e n t si nt h ef i e l do fp r o x ys i g n a t u r e ；b r i e f l y g i v e a d e s c r i p t i o no f v a r i o u st y p e so f p r o x ys i g n a t u r es c h e m e sa n d t h r e s h o l d p r o x ys i g n a t u r e a n d p r o x y b l i n ds i g n a t u r e 4 a n a l y s i s af e w t y p i c a lp r o x ys i g n a t u r es c h e m e s w ea n a l y s i saf e wt y p i c a l p r o x ys i g n a t u r es c h e m e s ，w h i c hh a v ei m p o r t a n t s i g n i f i c a n c e f o rt h ed e v e l o p m e n to ft h i s s t u d yf i e l d ，s h o wv a r i o u sa t t a c k s c e n a r i o s a g a i n s tt h e s es c h e m e s a l m o s ta l lp r e v i o u sp r o x ys i g n a t u r es c h e m e sa r ei n s e c u r e a g a i n s to r i g i n a ls i g n e r ：sf o r g e r y 5 i m p r o v e af e w t y p i c a lp r o x ys i g n a t u r es c h e m e s w eg i v es o m ei m p r o v e ds c h e m e s ，w h i c hg e to v e rt h ew e a k n e s so fo r i g i n a l s c h e m e s ，s a t i s f ys t r o n gu n f o r g e a b i l i t y o rm o r ee f f i c i e n c y w eg i v eam o d i f i e d v 山东大学硕士学位论文 s c h e m et ol e e ss c h e m e ，w h i c ho v e r c o m et h es e c u r i t yf l a w s ，b ym o d i f y i n gt h ep r o x y s i g n a t u r ek e y w ea l s om o d i f i e dp r o x yb l i n ds i g n a t u r es c h e m ea n dt h r e s h o l dp r o x y s i g n a t u r es c h e m ee r e w eg e tm o r es e c u r i t ya n dm o r ee f f i c i e n c ys c h e m e s f i n a l l y , s o m ep r o b l e m si nt h es t u d yo ft h i s f i e l da r ep r e s e n t e d ，a n ds e v e r a lm a i nr e s e a r c h d i r e c t i o n sa r ep o i n t e do u ta sw e l l m o s tr e s e a r c ho f p r o x ys i g n a t u r ei nt h ep r e s e n ti sb a s e do nt h es c h n o r rd i g i t a l s i g n a t u r es c h e m e c o m p a r e dw i t ht h es t a n d a r d i z e dr s aa n dd s ac r y p t o s y s t e m ，t h e s e c u r i t y o ft h e d i g i t a ls i g n a t u r es c h e m eb ys c h n o r rs h o u l db er e d i s c u s s e do v e r e v e nt h ea s s u m p t i o nt h a tt h ef u l f i l l m e n to fs e c u r i t yi s e q u i v a l e n tc a nb eh e l d , t h e c u r r e n tp r o x ys i g n a t u r es c h e m e ss t i l le x i s tl o t so fb l i n ds p o ti np r a c t i c e t h e r e f o r e ， t h i sp a p e rs e t st h ep o i n t so fd e s i g no nb o t hs e c u r i t ya n de f f i c i e n c y t h r o u g ha n o v e r a l li n d u c t i o nt o w a r dt h er e l a t e dl i t e r a t u r ei n c l u d i n gt h eb a s i cc o n c e p t sa n dt h e p r o p o s e ds c h e m e ，t h es e c u r i t ya n de f f i c i e n c yi np e r f o r m a n c ec a nb eg i v e n t h e n ， b a s e do nt h ei n d u c t i o n , ap r a c t i c a b l ep r o x ys i g n a t u r es c h e m ec a nb ef o r m e d ，a n d f u r t h e rc o n t r i b u t e dt ot h er e s e a r c ho fp u b l i c k e y i n f i a s t r u e t u r et o p r o m o t et h e d e v e l o p m e n t o fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y k e y w o r d s ：p u b l i c - k e yc r y p t o s y s t e m ，d i g i t a ls i g n a t u r e ，p r o x ys i g n a t u r e ， m u l t i - p r o x ys i g n a t u r e ，p r o x ym u l t i - s i g n a t u r e ，t h r e s h o l dp r o x ys i g n a t u r e ，p r o x y b l i n ds i g n a t u r e ，p u b l i ck e y i n f r a s t r u c t u r e ，e l e c t r o n i cc o m m e r c e 山东大学硕士学位论文 1 背景、目的、重要性 第一章概述 计算机网络的发展，使得安全问题越来越重要，特别的随着在i n t e r n e t 上一 些电子新业务的兴起，例如保密电子邮件、安全w w w 、网络购物、网络银行等， 良好的安全问题解决方案，是这些新业务成功的关键和基础。 密码学方面的进展，给网上安全提供了崭新坚实的理论基础。网络信息安全 以密码学为理论基础，广泛采用了数据加密、数字签名、信息完整性验证、身份 识别等安全技术，实现了网上应用数据的保密性、完整性和不可抵赖性。 数据加密包括传统钥( 对称钥) 加密和公钥加密两种。对称钥加密中信息发 送方和接收方使用同一个密钥或者其中一个密钥容易从另一个密钥计算出来，发 送方将明文用特定的对称算法和密钥加密，通过网上数据通道发送给特定接受 者，接收者可以使用同样的对称算法和密钥将加密的信息还原。如果谁得到这个 对称钥，谁就可以解密，如何安全她传递对称钥，成为安全的关键；公钥加密中 则存在一对密钥，一个称为公开钥，可以公布于众；另一个称为私钥，只有密钥 拥有者持有。当发送者加密信息时，用接收者的公开钥加密，接收者只能用自己 的私钥解密。因为公钥加密速度太慢，一般实际应用中只用来分发对称密钥，对 称密钥用来加密真正的应用数据。对于数字签名，我们知道签名是指信息发送者 用自己的私钥对发送的信息签名，而验证签名是指接收者用发送者的公开钥验证 列信息签名，因为他人不知道发送者的私钥，所以签名是不可伪造的。 公开钥技术为电子商务信息处理提供了各种各样的安全措施，通过加密，公 开钥技术提供了保密性和存取控制。通过数字签名，提供了： 山东大学硕士学位论文 可信的身份认证 可信的身份认证意味着用户可以不通过传送私有信息( 如口令) 而安全地识 别网络上的其他用户或服务器。 数据完整性 数据完整性意味着一个需要验证数字签名者可以很容易地确定数据从发送 者发出后到接收者中间过程是否被篡改过。 不可抵赖性 据。 不可抵赖性意味着数据的签名者不可能成功地抵赖他发送过并签名过的数 在公开钥系统中，p k i ( p u b l i ck e yi n f i a s t r u c t u r e 公开密钥基础设施) 占有重 要的地位，它二十世纪八十年代美国学者提出的概念。目前已经成为一个被广泛 接受的网络安全体系结构。为推进p k i 在联邦政府范围内的应用，1 9 9 6 年成立 了联邦p k i 指导委员会。1 9 9 9 年，p k i 论坛成立。2 0 0 0 年4 月，美国国防部宣 布要采用p k i 安全倡议方案。依据2 0 0 1 年1 2 月6 日至7 日在荷兰海牙召开的 p k i 政府论坛会议资料表明，主要发达国家高度重视p k i 建设，更加关注p k i 与 网络应用的融合。与会的英国、挪威、瑞典、荷兰、西班牙、加拿大和美国等国 政府代表都介绍了本国p k i 建设现状和发展规划，亦对p k i 发展持乐观态度。 p k i 以c a ( c e r t i f i c a t i o na u t h o r i t y 认证中心) 技术为核心，c a 技术的关键则 是数字签名。网络环境中的数字签名类似于现实中的“传统的”手写签名，每天 每个人都可能遇见签名的问题，未来信息化社会中的数字签名的重要性不言而 喻。典型的数字签名包括两部分：签名算法和验证算法。签名者a l w e 拥有一对 公私钥，a l i c e 利用签名算法和私钥产生一个有效的签名，验证者b o b 可以通过 公开渠道得到a l i c e 的公钥，b o b 将用验证算法结合a l i c e 的公钥对a l i c e 签名的 合法性进行验证。数字签名经过多年来的研究己经得到了许多比较成熟的签名算 法。如美国数字签名标准d s a ，事实上的工业标准r s a ，还有其他众多类型的 e 1 g a m d ，类签名方案等。数字签名是传统的“手写签名”的电子对应物。现实中， 山东大学硕士学位论文 我们常遇到下述情况，如行政官员要出外度假而暂时无法对各种文件进行签名； 总经理希望部门经理就其部门的问题代表他进行签名；繁忙的高校校长希望办公 室主任为众多的合格毕业生代替他作签名等等。这些情况用传统的“手写签名” 解决只需把印章交给代理入即可。但是普通的数字签名则很难用简单的传递签名 密钥来解决上述问题，因为印章可以收回而签名密钥一旦泄漏将不可收回。这就 需要设计一种新的数字签名方案，这种新的数字签名方案就是我们要研究的代理 签名。 代理签名是在标准签名的基础上改进形成的。典型的代理签名可被看作三部 分，即：原签名者，代理签名者和验证者。原签名者对授权信息用自己私钥做一 个签名，把其作为授权发给代理签名者；代理签名者验证授权，确认无误后，利 用授权产生代理公私钥，利用代理公私钥和标准的签名算法就可以产生一个代理 签名；验证者验证时需要同时验证授权和代理签名的正确性。 到目前为止，几乎所有的代理签名方案都是基于上述模式的。并且授权签名 时，签名方案要么是基于s c h n o r r 签名方案、要么是自己构造的签名方案。其安 全性令人怀疑，即使假定其安全性不亚于r s a 、d s a ，由于考虑得不够周详，大 多数代理签名存在这样或那样的安全漏洞，尤其是在明确区分原签名者和代理签 名者身份方面，几乎没有很完善的方案，这样造成对代理密钥的滥用，原签名者 伪造代理签名，代理签名者否认代理签名为其产生的等等。考虑到代理签名的众 多用途，一个好的代理签名方案是迫切需要的。本论文所作研究之目的，就是通 过对现有代理签名方案的系统化的分析与讨论，找出各种漏洞，从而弥补漏洞， 以便设计出一种实用的、安全而有效的代理签名方案。此外本论文还给出了一些 现实中的应用，并指出了未来值得重视的几个研究方向。 2 国内外有关代理签名的研究现状 认真分析后我们认为，代理签名的研究主要有以下几个方面 典型的代理签名方案。 山东大学硕士学位论文 这类代理签名方案中只有一个原始签名者和一个代理签名者。代理签名的 思想最早出现于1 9 9 1 年1 3 】；1 9 9 3 年n e u m a n 4 讨论代理问题时作为代理问题的 子问题提到了代理签名的概念；但是都没有得到很好的发展。1 9 9 6 年m a m b oe t a ，【5 】第一次系统地阐述了代理签名概念，并根据授权对代理签名作了分类，即 完全授权方案( f u l ld e l e g a t i o n ) ，部分授权方案( p a r t i a ld e l e g a t i o n ) 和证书授权 方案( d e l e g a t f d nb yw a r r a n t ) ；部分授权方案又分为代理人受保护 ( p r o x y - p r o t e c t e d ) 和代理人不受保护( p r o x y u n p r o t e c t e d ) 两种；并且给出了一 个部分授权代理签名方案，为代理签名的研究奠定了基础。1 9 9 7 年k i me ta 1 【7 l 结合s c h n o r r 签名方案对m a m b oe t a l 1 5 1 的方案进行了改进，使其方案同时具有 部分授权和证书授权的优点，而s c h n o r r 签名方案的安全性已由d p o i n t c h e v a l a n d j s t e r n1 6 1 证明是能够抵抗选择明文攻击的。同年p e t e r s e n 和h o r s t e r 【8 1 应用 弱的盲签名提出了一个代理人受保护的代理签名方案。 2 0 0 1 年，l e e ，e t a l 【1 1 1 2 1 综合了前人的相关研究成果，并且从s n n 度分析 了前人方案在不同攻击下的安全问题，进而提出了一个相当完善的强的非指定 代理人的代理签名方案。并把其结果用于可移动代理和自代理以及多重代理签 名。与可移动代理有关的文章还有h k i m , j b a e k b l e e ，a n d k k i m 9 等。 2 0 0 2 年，k s h u m ，e t a l 1 1 0 l 在l e o e t a l i l l 方案的基础上提出一个保护代理 人身份的代理签名方案，该方案中，通过一个匿名中心，使得代理人身份对外 不可见，必要时可由匿名中心揭示代理人身份。这样，在应用于可移动代理时， 将迸一步隐藏代理点可查询之轨迹，阻止对代理点的恶意攻击。 多重代理或者代理多重的签名方案。 有时候我们会遇见多个人委托同一个人的情形，比如公司有很多不同部门 他们有一些共同的业务时，不需要每个部门单独签名，只要多个部门共同委托 一个人产生一个签名就行了，这样能提高效率，这种情况下的签名我们称为代 理多重签名：类似的一个人委托多个人共同代理的签名系统，我们称之为多重 代理签名。 h w a n g , s j e t a l 【l l u l 2 】【1 3 】对代理多重，多重代理签名方案作了研究。代理 山东大学硕士学位论文 多重指代理签名者同时是多个人的代理者，而多重代理是指一个原签名者同时 授予多个代理签名人，两者还可以结合成多人授权多人代理。 门限代理签名方案。 门限代理签名方案是指结合了代理签名和门限签名两种签名方案特性的新 型签名方案。门限签名是一种面向群体的数字签名方案，在一个具有r 个成员的 群体中，一个( 胛) 门限签名方案要求t 或更多人合作能够代表整个群体产生一 个有效的数字签名，少于t 个人则不能产生任何关于签名的有效信息。结合门限 签名后，降低了代理签名人伪造的危险性( 如果要伪造，受委托的人必须联合起 来一起陷害原始签名人) ，这样使得授权更加安全，减少了原始签名人授权后为 其自身带来的风险。 k p w 9 7 【7 憎给出一个简单的门限代理签名方案。z h a n g , k 【1 4 1 系统论述 了门限代理签名方案。此外还有s u n , h u n g - m i ne t a l i l s l 的方案。 代理盲签名 代理盲签名是结合了代理签名和盲签名两种类型签名的特征的新型签名 方案。盲签名的概念最早由d c h a u m 于1 9 8 2 年引进 1 6 1 在一个盲签名中，接 收者b o b 在不让签名者a l i c e 知道所签内容的情况下而获得签名者a l i c e 的一个 盲签名，不可追踪性和无关联性是盲签名的两大特征。因此它广泛的应用于电 子现金与电子选举等领域。一个代理盲签名方案允许代理签名者代替原始签名 者产生一个代理盲签名，该方案可用在某些特殊场合。 2 0 0 2 年，t a ne ta 1 【1 7 1 提出了两个代理盲签名方案，随后，l a la n d a w a s t h i 1 8 】进一步提出一个高效的代理盲签名方案。 代理签名的研究还有其他方面，这里不再一一列举。 总的看来，代理签名方案是迫切需要的，但至今还没有一个类似标准的让人 放心的方案可用。 山东大学硕士学位论文 3 本文的贡献 本文简述了代理签名及其应用的研究成果和发展状况，分析了现有的、对学 科发展有重要意义的几个典型代理签名方案，特别的重点分析了对代理签名发展 有着熏要意义的l e e 方案 1 ，我们从两个方面作了攻击，所作攻击一已经发表 9 3 ，攻击二更具有代表性，类似攻击存在与许多方案中，针对两方面的攻击我 们做了改进，使得改进后的方案有更高的安全性，拥有原来安全性的基础上能避 免上述攻击。 本文还分析了隐藏代理人身份的代理签名方案，多重代理签名方案，门限 代理签名方案，代理盲签名方案，并对其中几个典型方案给出了改进，分别得到 了不需要匿名中心的隐藏代理人真实身份的代理签名方案，高效的门限代理签名 方案及更加安全的代理盲签名方案。 本文最后还指出了代理签名领域存在的问题及几个值得重视的研究方向，给出了一些 实际应用的例子。 4 本文的章节安排 本文在第一章概述代理签名的相关概念和主要研究方面以及本文创新之处。 在第二章，我们描述几个典型的对学科发展有重要意义的代理签名方案。在第三 章，我们将对第二章中所提方案进行分析，指出它们的优点与不足，这些方案对 该领域的发展具有重要意义，通过分析我们认为它们大都不能阻止伪造攻击等， 我们给出详细的攻击过程。我们在第四章给出我们针对分析出的漏洞而提出的改 进方案，分别改进了l e e s 典型代理签名方案【1 ，f - j 限代理签名方案，代理盲签 名方案等；改进后的方案可以避免我们所做攻击，拥有更高的安全性或者更高的 效率；最后指出该领域需要进一步研究的问题。在第五章给出一些代理签名应 用的例子。总结在第六章给出。 l 东大学硕士学位论文 1 研究原理 1 1 代理签名的定义 第二章代理签名方案 代理签名是一种新型的数字签名方案。在一个典型的代理签名方案中，原始 签名者授权代理签名者，代理签名者代表原始签名者产生一个有效的代理签名， 验证者在验证代理签名有效性的同时验证授权。 定义一个代理签名方案是一个包含以下三个过程的数字签名方案 1 2 ： 1 )授权：原签名者对授权信息( 包含代理签名人的i d 、代理签名的应用范 围、授权生命期等。) 做一个数字签名。该签名作为授权传递给代理签名者。 2 ) 签名：代理签名者利用授权产生一对代理签名公钥和私钥，使用代理签 名公钥和私钥可以产生一个有效的代理签名。 3 )验证：代理签名的接收人即验证者一方面利用代理签名公钥验证代理签 名的有效性，另一方面验证授权。两者需同时成立。 1 2 代理签名的一般原理 设a l i c e ，b o b 是某个数字签名体制c m s 墨跚v e r ) 的两个用户，他们用于签 名的私钥和公钥对分别是 ，y ) ，( z 口，y 口) 。如果有以下条件成立： 1 ) a l i c e 利用他的私钥b 计算出一个数霸，并且将s 。秘密地交 给b o b ； 2 ) 任何人( 包括b o b ) 在试图求出h 时，不会对他有任何帮助； 3 ) b o b 可以用s 。和x b 生成一个新的签名密钥x ，； 4 ) 存在一个公开的验证算法阮o ，使得任何s s _ ，? 1 7 m ，都有 ，。( 儿，y e ，s ，) = t u r ehs i g ( x p ，m ) ： 7 山东大学硕士学位论文 5 ) 任何人在试图求出b ，x p 或钆时，任何数字签名s i g ( x 。，啪) 都不会对他产生帮助。 那么我们就称用户a l i c e 将他的( 部分) 数字签名权力委托给了用户b o b ，并称 a l i c e 为b o b 的原始签名人，称b o b 为a l i c e 的代理签名人，称s 。为委托授权签 名，称工，为代理签名密钥，称以x ，作为签名密钥对消息m 生成的数字签名为 a l i c e 的代理签名。 代理签名之关键是如何授权。受权的方式直接影响代理签名的安全性。授权 f 时原签名者首先要让代理签名者相信其是合法的授权人，即授权里面要明确的包 括原签名者的身份信息；其次授权里应明确包含授权信息，即规定代理签名者签 名权力范围，必要时还要包含代理签名者的身份信息。前者显然是原签名者向代 理签名者表明身份，这可以用数字签名来实现；后者则可以用证书实现。因此， 典型的代理签名授权是原签名者用自己的私钥对授权信息( 证书) 做签名，然后 把证书和签名作为授权发送给代理签名者。接下来的关键则是如何根据授权来产 生代理签名的公钥和私钥。我们来分析一下代理私钥应该含有的特征，显然代理 私钥里应该包含授权信息，另外还要有代理签名者的身份信息或者生成代理签名 时用到代理签名者已注册的签名私钥( 间接表明代理签名者身份) 。只有这样，用 代理签名私钥产生的代理签名验证时既要验证代理签名本身的合法性，又要验证 授权。这正是代理签名所必需的。 1 3 代理签名的安全性 代理签名最基本的安全性要求如下 1 儿2 1 ) 强不可伪造：除了代理签名者，任何人不能产生一个有效的代理签名。 2 ) 可验证性 3 ) 强可鉴别性 强，指的是即使是原签名者也不行。 通过代理签名，验证者能够确信原签名者确实同意对文件 进行签名。也就是能够正确的验证授权。 通过代理签名，任何人能够确定代理签名者的身份。 由东大学硕士学位涂文 4 ) 强不可否认往：代理签名籍事籍不能否认箕产生过的代理签名。按句话说， 只有代理签名者裁够产生代理签名，出阏题黪代理签名糟全 权负责。 5 ) 阻止滥用：代理签名密钥不能用于其它目的，否则将是代理签名者的责 馁。 2 典型的代理签名方案 瑗有翡毙较残熬鹃代理签名方案都是蘩予s c h n o r r 签名方案翡，s c h n o r r 餐名 方