CN109743166B - 多方签名生成方法及安全信息验证*** - Google Patents

多方签名生成方法及安全信息验证*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于安全信息验证的多方签名生成方法包括：第一方生成自身的第一私密密钥，第二方生成自身的第二私密密钥，第三方生成自身的第三私密密钥，第一方对待签名消息进行消息摘要，生成摘要数据和第一部分签名，并将摘要数据和第一部分签名发送给第二方；第二方根据摘要数据和第一部分签名生成签名值，并根据第二私密密钥生成第二部分签名，将签名值和第二部分签名发送给第三方，第三方根据第二私密密钥生成第三部分签名和第四部分签名，第一方根据第一私密密钥、签名值、第三部分签名和第四部分签名生成完整签名并输出。本发明基于SM2算法不需多次交互通讯，对网络环境要求低，适用于低延迟、少交互的网络环境。

Description

多方签名生成方法及安全信息验证***
技术领域
本发明涉及计算机领域，特别是涉及一种基于SM2算法的多方签名生成方法。本发明还涉及一种利用所述多方签名生成方法的安全信息验证***。
背景技术
目前基于公钥密码学体制的安全信息验证已经广泛应用在电子商务、电子政务、身份认证等应用中。作为保证信息安全的重要工具，私钥的广泛使用是保证这些应用安全的基础。
为了保障用户私钥的安全性，用户的私钥通常是存专门的密码硬件中，但这种保存反式仍然存在一定被攻击可能性，从而通过窃取私钥原文或窃取私钥使用权破解***安全，造成损失。
为了提高私钥的安全性，目前常用的技术手段是将用户私钥通过一定的规则分割成多份，然后将每份子私钥份额存储在不同的物理设备中，以避免全部私钥信息的直接存储和使用。比如一个私钥分拆存在再N个不同环境中，只有N个成员同时协同操作才能完成一次私钥运算。但是上述私钥分割技术手段的实现往往需要多次交互通讯频繁，不能满足目前网络环境中低延迟、少交互的需求。同时该私钥分割技术也无法适合于使用SM2私钥进行数字签名的***。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种与现有技术相比具有更高安全性，基于SM2算法的多方签名生成方法。
本发明还提供了一种利用所述多方签名生成方法的安全信息验证***。
为解决上述技术问题，本发明提供用于安全信息验证的多方签名生成方法,包括以下步骤：
第一方生成自身的第一私密密钥D1；
第二方生成自身的第二私密密钥D2；
第三方生成自身的第三私密密钥D3；
第一方对待签名消息M进行消息摘要，生成摘要数据e和第一部分签名Q1，并将摘要数据e和第一部分签名Q1发送给第二方；
第二方根据摘要数据e和第一部分签名Q1生成签名值r，并根据第二私密密钥D2生成第二部分签名Q2；
将签名值r和第二部分签名Q2发送给第三方；
第三方根据第二私密密钥D2生成第三部分签名S1和第四部分签名S2；
第一方根据第一私密密钥D1、签名值r、第三部分签名S1和第四部分签名S2生成完整签名并输出。
进一步改进所述多方签名生成方法,所述第一私密密钥D1、第二私密密钥D2和第三私密密钥D3是[1,n-1]区间内的随机数。
其中n是SM2算法的椭圆曲线参数，表示SM2密码运算所使用的椭圆曲线点群的阶，也即SM2密码运算所使用的椭圆曲线点群的基点G的阶，n为素数，后续n均为此表述。
进一步改进所述多方签名生成方法,所述第一私密密钥D1、第二私密密钥D2和第三私密密钥D3满足以下关系，(1+D)-1＝D1D2D3modn，(1+D)-1满足1+D的模n乘法逆运算，即D＝(D1D2D-1-1)modn。
进一步改进所述多方签名生成方法,第一方公开密钥、第二方公开密钥和第三方公开密钥共享SM2算法的椭圆曲线参数E(Fq)、G和n，椭圆曲线E为定义在有限域Fq上的椭圆曲线，G为椭圆曲线E的一个基点，其阶为n。
进一步改进所述多方签名生成方法,第一方计算第一私密密钥D1在Fq上的逆元D1 -1modn，并计算D1 -1[*]G，将计算结果P1作为第一方的公开密钥；
第二方计算第二私密密钥D2在Fq上的逆元D2 -1modn，并计算D2 -1[*]P1，将计算结果P2作为第二方的公开密钥；
第三方计算第三私密密钥D3在Fq上的逆元D3 -1modn，并计算D3 -1[*]P2，将计算结果P3作为第三方的公开密钥；
计算P3[-]G，将计算结果P作为公开密钥；
其中，[*]表示椭圆曲线点乘运算，[-]表示椭圆曲线点减运算。
进一步改进所述多方签名生成方法,所述第一方生成待签名消息M的摘要数据e和第一部分签名Q1包括：
第一方计算SM3 Hash(M)，将计算结果作为hash值e，其中SM3 Hash表示待预处理的SM3摘要计算；
第一方产生一个位于[1,n-1]之间的随机数Kl，并计算Kl[*]G，将计算结果作为Q1，其中，[*]表示椭圆曲线点乘运算。
进一步改进所述多方签名生成方法,第二方产生一个位于[1,n-1]之间的随机数K2，并计算K2[*]G，得到计算结果Q2。
进一步改进所述多方签名生成方法,第二方生成两个位于[1,n-1]之间的随机数k3和k4,并计算k3[*]Q1得到计算结果Q3,计算k4[*]Q2得到计算结果Q4,将Q3-Q4得到(x1，y1)，并计算(x1+e)mod n，将计算结果作为签名值r；
其中，[*]表示椭圆曲线点乘运算。
进一步改进所述多方签名生成方法,若签名值r不等于0，则第三方计算D3*k3modn将计算结果作为D3S1，第三方计算D3*rmodn将计算结果作为D3S2,第三方计算D3*k4modn将计算结果作为D3S3,若D3S1、D3S2和D3S3不等于0且D3S1、D3S2和D3S3互不相等，则进行后续计算，否则重新生成k3、k4并重新计算；
第二方根据D2、r、D3S1、D3S2和D3S3生成并计算出D2S1和D2S2；
第二方计算D2*D3S1modn将计算结果作为D2S1，第二方计算(D2*D3S2-D2*K2*D3S3)modn将计算结果作为D2S2，若条件D2S1和D2S2不等于0且D2S1不相等于D2S2不成立，则重新生成k2并退回第三方重新计算D3S1、D3S2和D3S3。
进一步改进所述多方签名生成方法,第一方根据D1、r、D2S1、D2S2生成并计算出完整签名S；
第一方计算D1*K1*D2S1modn，将计算结果作为D1S1，第一方计算D1*D2S2modn将计算结果作为D1S2，第一方计算D1S1+D1S2-r将计算结果作为S；
若S不等于0且(s+r)modn不等于1，则第一方将(r,S)作为完整签名输出，否则重新生成k1并将相关步骤重新计算。
上述步骤中随机数K1、K2、K3均为正整数
本发明提供一种使用上述任意一项所述多方签名生成方法的安全信息验证***，其中，所述安全信息验证***采用所述多方签名生成方法进行签名验证。
本发明公基于SM2算法的多方签名生成方法，通过多方分别存储部分私钥，多方联合才能对消息进行签名或解密操作，通信各方均无法获取到对方私钥及相关信息，且多方私钥均在本地生成。通过本发明基于SM2算法的多方签名生成方法不需要多次交互通讯，对网络环境要求低，适用于低延迟、少交互的网络环境。并且，本发明能够适用于基于SM2私钥进行数字签名的***。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明多方签名生成方法公开密钥生成流程示意图。
图2是本发明多方签名生成方法签名生成流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供用于安全信息验证的多方签名生成方法,包括以下步骤：
第一方生成自身的第一私密密钥D1；
第二方生成自身的第二私密密钥D2；
第三方生成自身的第三私密密钥D3；
所述第一私密密钥D1、第二私密密钥D2和第三私密密钥D3是[1,n-1]区间内的随机数。
所述第一私密密钥D1、第二私密密钥D2和第三私密密钥D3满足以下关系，
(1+D)-1＝D1D2D3modn，(1+D)-1满足1+D的模n乘法逆运算，即D＝(D1D2D-1-1)modn。
第一方对待签名消息M进行消息摘要，生成摘要数据e和第一部分签名Q1，并将摘要数据e和第一部分签名Q1发送给第二方；
第二方根据摘要数据e和第一部分签名Q1生成签名值r，并根据第二私密密钥D2生成第二部分签名Q2；
将签名值r和第二部分签名Q2发送给第三方；
第三方根据第二私密密钥D2生成第三部分签名S1和第四部分签名S2；
第一方根据第一私密密钥D1、签名值r、第三部分签名S1和第四部分签名S2生成完整签名并输出。
第一方公开密钥、第二方公开密钥和第三方公开密钥共享SM2算法的椭圆曲线参数E(Fq)、G和n，椭圆曲线E为定义在有限域Fq上的椭圆曲线，G为椭圆曲线E上n阶的基点。
其中，公开密钥计算采用以下方式：
第一方计算第一私密密钥D1在Fq上的逆元D1 -1modn，并计算D1 -1[*]G，将计算结果P1作为第一方的公开密钥；
第二方计算第二私密密钥D2在Fq上的逆元D2 -1modn，并计算D2 -1[*]P1，将计算结果P2作为第二方的公开密钥；
第三方计算第三私密密钥D3在Fq上的逆元D3 -1modn，并计算D3 -1[*]P2，将计算结果P3作为第三方的公开密钥；
计算P3[-]G，将计算结果P作为公开密钥；
其中，[*]表示椭圆曲线点乘运算。
所述第一方生成待签名消息M的摘要数据e和第一部分签名Q1包括：
第一方计算SM3 Hash(M)，将计算结果作为hash值e；
第一方产生一个位于[1,n-1]之间的随机数Kl，并计算Kl[*]G，将计算结果作为Q1，其中，[*]表示椭圆曲线点乘运算。
第二方产生一个位于[1,n-1]之间的随机数K2，并计算K2[*]G，得到计算结果Q2。
第二方生成两个位于[1,n-1]之间的随机数k3和k4,并计算k3[*]Q1得到计算结果Q3,计算k4[*]Q2得到计算结果Q4,将Q3-Q4得到(x1，y1)，并计算(x1+e)mod n，将计算结果作为签名值r；
其中，[*]表示椭圆曲线点乘运算。
若签名值r不等于0，则第三方计算D3*k3modn将计算结果作为D3S1，第三方计算D3*rmodn将计算结果作为D3S2,第三方计算D3*k4modn将计算结果作为D3S3,若D3S1、D3S2和D3S3不等于0且D3S1、D3S2和D3S3互不相等，则进行后续计算，否则重新生成k3、k4并重新计算；
第二方根据D2、r、D3S1、D3S2和D3S3生成并计算出D1S1和D2S2；
第二方计算D2*D3S1modn将计算结果作为D2S1，第二方计算(D2*D3S2-D2*K2*D3S3)modn将计算结果作为D2S2，若条件D2S1和D2S2不等于0且D2S1不相等于D2S2不成立，则重新生成k2并退回第三方重新计算D3S1、D3S2和D3S3。
进一步改进所述多方签名生成方法,第一方根据D1、r、D2S1、D2S2生成并计算出完整签名S；
第一方计算D1*K1*D2S1modn，将计算结果作为D1S1，第一方计算D1*D2S2modn将计算结果作为D1S2，第一方计算D1S1+D1S2-r将计算结果作为S；
若S不等于0且(s+r)modn不等于1，则第一方将(r,S)作为完整签名输出，否则重新生成k1并将相关步骤重新计算。
上述步骤中随机数K1、K2、K3均为正整数。
本发明提供一种使用上述任意一项所述多方签名生成方法的安全信息验证***，其中，所述安全信息验证***采用所述多方签名生成方法进行签名验证。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多方签名生成方法,用于安全信息验证，其特征在于，包括以下步骤：
第一方生成自身的第一私密密钥D1；
第二方生成自身的第二私密密钥D2；
第三方生成自身的第三私密密钥D3；
第一方对待签名消息M进行消息摘要，生成摘要数据e和第一部分签名Q1，并将摘要数据e和第一部分签名Q1发送给第三方；
第二方根据摘要数据e和第一部分签名Q1生成签名值r，并根据第二私密密钥D2生成第二部分签名Q2；
将签名值r和第二部分签名Q2发送给第三方；
第三方根据第三私密密钥D3生成第三部分签名D3S1、D3S2和D3S3；将签名值r和第三部分签名D3S1、D3S2和D3S3发送给第二方，包括：
生成随机数K3、K4，K3、K4∈[1,n-1]，Q3＝K3modn[*]Q1，Q4＝K4modn[*]Q2，Q3-Q4得到(x1，y1)，r＝(x1+e)modn；
若签名值r不等于0，则第三方计算D3*k3modn将计算结果作为D3S1，第三方计算D3*rmodn将计算结果作为D3S2,第三方计算D3*k4modn将计算结果作为D3S3,若D3S1、D3S2和D3S3不等于0且D3S1、D3S2和D3S3互不相等，则进行后续计算，否则重新生成k3、k4并重新计算；
第二方根据第二私密密钥D2、r、D3S1、D3S2和D3S3生成并计算第四部分签名D2S1和D2S2；第二方计算D2*D3S1modn将计算结果作为D2S1，第二方计算(D2*D3S2-D2*K2*D3S3)modn将计算结果作为D2S2，若条件D2S1和D2S2不等于0且D2S1不相等于D2S2不成立，则重新生成k2并退回第三方重新计算D3S1、D3S2和D3S3；
第一方根据第一私密密钥D1、签名值r、第四部分签名D2S1和D2S2生成完整签名并输出；
其中，[*]表示椭圆曲线点乘运算。
2.如权利要求1所述多方签名生成方法,其特征在于：所述第一私密密钥D1、第二私密密钥D2和第三私密密钥D3是[1,n-1]区间内的随机数；
其中n是SM2算法的椭圆曲线参数，表示SM2密码运算所使用的椭圆曲线点群的阶，即SM2密码运算所使用的椭圆曲线点群的基点G的阶，n为素数。
3.如权利要求2所述多方签名生成方法,其特征在于：所述第一私密密钥D1、第二私密密钥D2和第三私密密钥D3满足以下关系，(1+D)-1＝D1D2D3modn，(1+D)-1满足1+D的模n乘法逆运算，即D＝(D1D2D3 -1-1)modn。
4.如权利要求1所述多方签名生成方法,其特征在于：第一方公开密钥、第二方公开密钥和第三方公开密钥共享SM2算法的椭圆曲线参数E(Fq)、G和n，椭圆曲线E为定义在有限域Fq上的椭圆曲线，G为椭圆曲线E的一个基点，其阶为n；
其中n是SM2算法的椭圆曲线参数，表示SM2密码运算所使用的椭圆曲线点群的阶，即SM2密码运算所使用的椭圆曲线点群的基点G的阶，n为素数。
5.如权利要求4所述多方签名生成方法,其特征在于：
第一方计算第一私密密钥D1在Fq上的逆元D1 -1modn，并计算D1 -1[*]G，将计算结果P1作为第一方的公开密钥；
第二方计算第二私密密钥D2在Fq上的逆元D2 -1modn，并计算P2＝D2 -1[*]P1，将计算结果P2作为第二方的公开密钥；
第三方计算第三私密密钥D3在Fq上的逆元D3 -1modn，并计算P3＝D3 -1[*]P2，将计算结果P3作为第三方的公开密钥；
计算P3[-]G，将计算结果P作为公开密钥；
其中，[-]表示椭圆曲线点减运算。
6.如权利要求1所述多方签名生成方法,其特征在于：
所述第一方生成待签名消息M的摘要数据e和第一部分签名Q1包括：
第一方计算SM3 Hash(M)，将计算结果作为hash值e，其中SM3 Hash表示待预处理的SM3摘要计算；
第一方产生一个位于[1,n-1]之间的随机数Kl，并计算Kl[*]G，将计算结果作为Q1；
n是SM2算法的椭圆曲线参数，表示SM2密码运算所使用的椭圆曲线点群的阶，即SM2密码运算所使用的椭圆曲线点群的基点G的阶，n为素数。
7.如权利要求1所述多方签名生成方法,其特征在于：
第二方产生一个位于[1,n-1]之间的随机数K2，并计算K2[*]G，得到计算结果Q2；
其中n是SM2算法的椭圆曲线参数，表示SM2密码运算所使用的椭圆曲线点群的阶，即SM2密码运算所使用的椭圆曲线点群的基点G的阶，n为素数。
8.如权利要求1所述多方签名生成方法,其特征在于：
第三方生成两个位于[1,n-1]之间的随机数k3和k4,并计算k3[*]Q1得到计算结果Q3,计算k4[*]Q2得到计算结果Q4,计算Q3-Q4得到(x1，y1)，并计算(x1+e)modn，将计算结果作为签名值r；
其中，n是SM2算法的椭圆曲线参数，表示SM2密码运算所使用的椭圆曲线点群的阶，即SM2密码运算所使用的椭圆曲线点群的基点G的阶，n为素数
第二方计算D2*D3S1modn将计算结果作为D2S1，第二方计算(D2*D3S2-D2*K2*D3S3)modn将计算结果作为D2S2，若条件D2S1和D2S2不等于0且D2S1不相等于D2S2不成立，则重新生成k2并退回第三方重新计算D3S1、D3S2和D3S3。
9.如权利要求1所述多方签名生成方法,其特征在于：
第一方根据D1、r、D2S1、D2S2生成并计算出完整签名S；
第一方计算D1*K1*D2S1modn，将计算结果作为D1S1，第一方计算D1*D2S2modn将计算结果作为D1S2，第一方计算D1S1+D1S2-r将计算结果作为S；
若S不等于0且(s+r)modn不等于1，则第一方将(r,S)作为完整签名输出，否则重新生成k1并将相关步骤重新计算。
10.如权利要求9所述多方签名生成方法,其特征在于：随机数K1、K2、K3均为正整数。
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