一種有效的授權(quán)部分委托代理簽名方案

楊育東， 張建中

(1.陜西師范大學(xué) 數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院， 陜西 西安 710062；2.陜西理工學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院， 陜西 漢中 723000)

0 引 言

1996年，Mambo等[1]提出了代理簽名。一個(gè)代理簽名方案，允許由原始簽名者委托的代理簽名者代表原始簽名者給文件簽名，而任何人都能驗(yàn)證其簽名，這很好地解決了代理委托的問題。通常代理委托可分為4種類型：完全委托、部分委托、授權(quán)完全委托、授權(quán)部分委托。在這4種委托類型中，最后一種被認(rèn)為是較好的選擇，因?yàn)樗C合了部分委托和授權(quán)委托的優(yōu)點(diǎn)，并且確認(rèn)授權(quán)和驗(yàn)證簽名在同一個(gè)步驟中同時(shí)完成。

為了實(shí)際應(yīng)用，如在線信用卡交易、合同簽署等，代理簽名方案通常需要滿足以下基本性質(zhì)[2]：不可否認(rèn)性、不可偽造性。同時(shí)，隨著代理簽名方案應(yīng)用的日益廣泛，一些新的問題也逐漸暴露出來，例如代理簽名者濫用職權(quán)[3]。因此，一個(gè)好的代理簽名方案還需要能夠有效地防止代理權(quán)濫用。

近幾年來，橢圓曲線上的雙線性對密碼系統(tǒng)逐漸引起了密碼學(xué)研究者的注意，有些研究者構(gòu)建的基于雙線性對的簽名方案[4]解決了代理委托的問題，滿足一些交易的安全性要求，已經(jīng)得到了實(shí)際應(yīng)用，如在線代理行為或合同簽署。

綜合考慮部分委托和授權(quán)委托的優(yōu)點(diǎn)，本文采用授權(quán)部分委托來構(gòu)建一個(gè)基于雙線性對的代理簽名方案。在該方案中，原始簽名者可根據(jù)需要將自己的簽名權(quán)有限度地委托給不同的代理簽名者。方案滿足不可偽造性，除被委托的代理簽名者外的任何人，都不能在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)以不可忽略的概率偽造一個(gè)合法的代理簽名；方案同時(shí)滿足不可否認(rèn)性，原始簽名者不能否認(rèn)他做出的委托，代理簽名者也不能否認(rèn)他代表原始簽名者產(chǎn)生的簽名；另外，方案采用授權(quán)部分委托來構(gòu)建，能有效地防止代理權(quán)濫用。

該方案主要只涉及一個(gè)Hash函數(shù)運(yùn)算和一個(gè)雙線性對運(yùn)算，尤其在代理委托過程中不涉及運(yùn)算量大的雙線性對運(yùn)算，具有較高的計(jì)算效率，極有利于實(shí)際應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，原始簽名者可能需要把他的簽名權(quán)委托給不同的代理簽名者，在這種情況下，本文的方案具有最優(yōu)的計(jì)算效率，對原始簽名者來說是最優(yōu)的選擇之一。

1 預(yù)備知識(shí)

為便于讀者閱讀和理解，首先介紹本文所涉及到的一些基本知識(shí)，然后介紹方案的結(jié)構(gòu)及正確性概念。

1.1 雙線性映射

設(shè)(G1,+)和(G2,×)是兩個(gè)q階循環(huán)群，其中q為大素?cái)?shù)。e:G1×G1→G2是一個(gè)雙線性映射，滿足以下性質(zhì)：

(1)雙線性性 ?P,Q,R∈G1，e(P+Q,R)=e(P,R)e(Q,R)，e(P,Q+R)=e(P,Q)e(P,R)；

(2)非退化性 如果P是G1的生成元，則e(P,P)是G2的生成元；

(3)可計(jì)算性 ?P,Q∈G1，存在一個(gè)有效的多項(xiàng)式時(shí)間算法來計(jì)算e(P,Q)。

1.2 方案的結(jié)構(gòu)及正確性概念

一個(gè)代理簽名方案主要有三個(gè)當(dāng)事人：一個(gè)原始簽名者、一個(gè)代理簽名者和一個(gè)驗(yàn)證者。原始簽名者通過發(fā)布授權(quán)文件把他的簽名權(quán)委托給代理簽名者，然后代理簽名者能夠代表原始簽名者簽名，最后驗(yàn)證者能夠確認(rèn)授權(quán)和驗(yàn)證簽名。

若代理簽名者能夠代表原始簽名者產(chǎn)生一個(gè)合法的代理簽名，則這個(gè)代理簽名方案是正確的。

2 代理簽名方案

2.1 初始化

系統(tǒng)機(jī)構(gòu)(SA)選擇兩個(gè)q階循環(huán)群(G1,+)和(G2,×)，其中q為大素?cái)?shù)，且在G1和G2上的離散對數(shù)問題都是難解的。設(shè)P是G1的一個(gè)生成元，e:G1×G1→G2是一個(gè)雙線性映射，h:{0,1}*×G1→Zq是一個(gè)安全的Hash函數(shù)。系統(tǒng)的公共參數(shù)為Params={G1,G2,q,P,e,h}。

每個(gè)用戶Ui選擇自己的私鑰xi∈Zq，并計(jì)算相應(yīng)的公鑰Yi=xiP。

2.2 代理委托

原始簽名者U0要把簽名權(quán)委托給代理簽名者Up，先制定含有原始簽名者、代理簽名者、委托權(quán)限及有效期等信息的授權(quán)文件mw。然后，原始簽名者U0選擇一個(gè)隨機(jī)數(shù)r0∈Zq，計(jì)算

R0=r0P，μ=h(mw,R0)，σ=x0+r0μ(modq)，

并將(R0,σ,mw)發(fā)送給代理簽名者Up。

代理簽名者Up收到(R0,σ,mw)后，首先計(jì)算μ=h(mw,R0)，然后驗(yàn)證等式σP=Y0+μR0是否成立，如果等式不能成立，則要求U0重新發(fā)送。

2.3 產(chǎn)生代理簽名

為了代表原始簽名者U0給一份文件m∈{0,1}*簽名，代理簽名者Up首先選擇一個(gè)隨機(jī)數(shù)rp∈Zq，然后計(jì)算

Rp=rpP，S=(h(m,Rp)+xp+σ)-1Rp，

則代理簽名為(Rp,S,R0,mw,m)。

2.4 驗(yàn) 證

驗(yàn)證者先檢查授權(quán)文件mw，核實(shí)代理簽名者及代理簽名的合法性，然后計(jì)算μ=h(mw,R0)，并驗(yàn)證等式

e(h(m,Rp)P+Yp+Y0+μR0,S)=e(P,Rp)

是否成立，如果等式不成立，則拒絕承認(rèn)此代理簽名。

3 安全性分析和比較

3.1 安全性分析

本文的方案是正確的，且滿足不可偽造性、不可否認(rèn)性等安全性要求，同時(shí)還能夠有效地防止代理權(quán)的濫用。

3.1.1 正確性

代理委托驗(yàn)證式

σP=(x0+μY0)P=x0P+μY0P=Y0+μR0。

代理簽名驗(yàn)證式

e(h(m,Rp)P+Yp+Y0+μR0,S)=

e((h(m,Rp)+xp+σ)P,(h(m,Rp)+xp+σ)-1Rp)=e(P,Rp)。

3.1.2 不可偽造性

得到xp，則這是一個(gè)難解的離散對數(shù)問題。因此，原始簽名者U0不能在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)，以不可忽略的概率偽造一個(gè)合法的代理簽名。而其他人掌握的信息比U0還要少，因此也不能偽造一個(gè)合法的代理簽名。于是，只有被委托的代理簽名者才能產(chǎn)生合法的代理簽名，即方案滿足不可偽造性。

3.1.3 不可否認(rèn)性

如果原始簽名者U0不誠實(shí)，在代理委托階段提供虛假信息，如計(jì)算μ時(shí)用的不是發(fā)布的授權(quán)文件mw，或者計(jì)算σ時(shí)不用自己的私鑰x0，則它不能通過代理委托驗(yàn)證。而一旦U0把簽名權(quán)委托給了代理簽名者Up，因?yàn)樽詈笾挥杏盟墓€Y0才能通過代理簽名驗(yàn)證，所以原始簽名者U0不能否認(rèn)自己做出的代理委托。

同樣，由于只有被委托的代理簽名者才能產(chǎn)生合法的代理簽名，因此，一旦原始簽名者U0把簽名權(quán)委托給了代理簽名者Up，則代理簽名者Up不能否認(rèn)他代表原始簽名者U0產(chǎn)生的簽名。

3.1.4 防止代理權(quán)濫用

因?yàn)槭跈?quán)文件mw已經(jīng)明確了原始簽名者、代理簽名者、授權(quán)權(quán)限范圍以及授權(quán)期限等信息，所以驗(yàn)證者只要檢查授權(quán)文件的內(nèi)容就可以確定代理簽名者是否合法以及是否在授權(quán)權(quán)限范圍和授權(quán)期限內(nèi)行事。一旦出現(xiàn)代理簽名者假冒、逾越權(quán)限范圍或者超過授權(quán)期限等問題，驗(yàn)證者可以當(dāng)場宣布其代理簽名的非法性。

3.2 方案比較

表1 雙線性對運(yùn)算次數(shù)的比較

本文的方案滿足不可偽造性、不可否認(rèn)性等安全性要求，并且能夠有效地防止代理權(quán)濫用。與其它的代理簽名方案[4-5]相比，本文的方案具有較高的計(jì)算效率，尤其在代理委托階段不涉及運(yùn)算量大的雙線性對運(yùn)算，極有利于實(shí)際應(yīng)用。方案的比較結(jié)果如表1所示。

4 結(jié) 語

為便于實(shí)際應(yīng)用，本文采用授權(quán)部分委托來構(gòu)建基于雙向性對的代理簽名方案。方案滿足一般代理簽名方案需要滿足的不可偽造性和不可否認(rèn)性，并且能夠有效的防止代理權(quán)濫用。

與其它代理簽名方案相比，本文的方案具有較高的計(jì)算效率，尤其在代理委托階段不涉及運(yùn)算量大的雙線性對運(yùn)算，這極有利于實(shí)際應(yīng)用。特別地，當(dāng)原始簽名者需要把簽名權(quán)委托給多個(gè)代理簽名者時(shí)，本文的方案是最優(yōu)的選擇之一。

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