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密码学不但能够提供信息的保密功能,而且还可以确保信息的完整性和不可否认性,能有效地防止信息的篡改和伪造。随着计算机和计算机网络的快速发展,电子签名扮演着越来越重要的角色,现实生活也对该技术提出了越来越多的新需求。
在广播组播通信中,由于通信双方的复杂性,对电子签名的要求有着诸多限制。第一一,管理难度大。相对于点对点的通信,在广播、组播中,对用户成员进行动态的加入或退出管理难度大;第二,密钥及密文长度长。这将造成传输质量的下降。特别是对于无线传感器网络,由于能量受限,不稳定等限制条件,其广播组播的协议要求更高。目前,对无线传感器网络中的广播组播方面的研究尚没有取得突破性进展。本篇文章主要致力于研究适合无线传感器网络中广播与组播方式的认证与签名方法。
针对组播广播通信过程中的数据和节点认证问题,以Shamir的身份认证为基础,研究并提出认证和签名方法。重点研究对于通信数据的完整性和不可否认性进行验证。在具体实现方法上,要充分考虑组播广播通信的特殊性,以及单用户节点的计算、存储能力等问题,力求认证签名机制的简单有效。本论文的主要研究成果如下:
1.DBSA:一种新的有效动态广播组播签名算法。基于双线性对及一般性DHE(Diffie-Hellman Exponent)假设,提出一种有效的适应于广播通信的签名算法。此算法可以实现固定大小的签名密钥及验证密钥,并且实现了用户成员动态的加入及退出,对某些能源受限制的网络,如Ad Hoc网络,无线传感器网络等,有好的适应性。
2.基于模糊属性的广播组播签名算法。基于双线性映射与多序列DHE(Multi-Sequence of Diffie-Hellman Exponents Assumption)假设,提出了一种基于模糊属性的广播签名算法(FIBSA: Fuzzy Identity-based broadcast signature algorithm)。在基于模糊属性的签名方案中,对消息签名的属性集S与验证此签名的属性集W必须满足条件|S⌒W |≥t,t是门
限值,在过去的签名方案中,t的值是预先设定不变的;而在本文提出的算法中,门限t值可以根据不同的需要而动态的设定。在计算量方面,设每组最多有m个用户,则验证签名所要计算的双线性对为m+1个,降低了对用户计算能力的要求。此外本算法可以实现固定大小的密钥及密文,这有利于提高安全传输的性能。
3.基于身份的动态门限签密算法。基于双线性映射与多序列DHE(Multi-Sequence of
Diffie-Hellman Exponents Assumption)假设,提出了一种有效的基于模糊属性的动态门限签密算法(FIDTSC: Fuzzy Identity-based Dynamic Threshold Signcryption)。基于模糊属性的签密算法,不仅融合了基于模糊属性的签名与加密,而且提供了比顺序进行签名、加密更高的效率。此外,本算法可以实现固定大小的密钥及密文长度,有助于提高传输时的性能。在计算量方面,用户在解密并验证信息时仅需要t+1次双线性对的计算。
对上面的每一种算法,均进行了分析论证,对其安全性进行证明。包括不可伪造性、机密性以及其附加的安全性如密文的不可认证性、密文的匿名性等进行了分析和证明。