[发明专利]一种并行化多接收方签密方法

说明书

技术领域

本发明属于无线网络中组通信数据认证和保密领域，具体涉及一种并行化 的多接收方签密方法。

背景技术

随着对无线网络的深入研究和广泛应用，安全组通信成为一种主要的信息 交换方式。在视频会议、证券行情发布、数字内容分发等场合有着良好的应用 前景。安全组通信不仅是一种网络通信服务，也是其它安全协议的基本部件之 一。在安全组通信中，通常有一个发送方向多个接收方发送相同的或不同的消 息。为保证安全性，首先要确保所发送消息的机密性和完整性，即消息的内容 不能被不属于通信组的攻击者非法窃取和篡改；同时对发送方可以认证，即通 过验证能够识别出消息发送方的身份；且要满足前向安全性和后向安全性，即 接收方不能获取在他加入之前和离开以后所传输的消息内容。在无线网络中， 安全组通信除应符合以上一般安全性要求外，还应能够充分利用无线信道的广 播属性，具有较低的计算和传输开销。

通常情况下，机密性通过加密来实现，完整性和认证性通过数字签名来实 现，前向安全性和后向安全性通过频繁地更新密钥来实现。签密是一种新的密 码技术，通过一个操作来同时实现机密性、完整性和认证性。传统的签密技术 用于点对点通信的场合，经过推广之后也可以作为组通信的安全技术之一。签 密技术用于安全组通信的现有方法分为两类：第一类是广播的多接收方签密方 法，只适用于向多个接收方广播相同的消息，不能同时向不同的接收方发送不 同的消息，而且在体系结构设计上都采用了串行的结构，没有把多个部分密文 计算中存在的潜在并行性开发出来；第二类方法是发送方和每个接收方之间分 别执行一次点对点的签密操作，以建立多条点对点的安全链路，为确保安全， 每次所使用的参数的不得相关，为提高效率也可以将多个点对点签密操作并行 执行，但这种方法只是一种简单的并行，没有根据参数的相关性进一步优化的 可能性，而且不恰当的参数选择还可能导致安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提出一种并行化多接收方签密方法，该方法充分开发多 接收方签密中潜在的并行性，聚合签密文中的相关数据，压缩总体数据量，减 少无线广播传输的次数。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

采用并行化的体系结构设计，以充分利用计算机硬件和软件设计的并行技 术；在确保安全性的前提下重用了随机数，以降低计算的复杂性并减少数据量； 将多个部分签密文聚合成一则广播的总体签密文，以减少无线传输的次数。包 括下列步骤：

步骤一：设定系统参数；

步骤二：产生密钥；

步骤三：发送方并行地对多个消息分别计算签密文，并对所产生的多个部 分签密文聚合成一个总体签密文数据包；

步骤四：发送方通过广播信道向接收方群体广播总体签密文数据包；

步骤五：各接收方获取与其相关的部分签密文，并用自己的私钥和发送方 的公钥进行验签。

本发明的发送方包含N个能逻辑上并发处理的签密计算单元，每个计算单 元每次独立产生一个部分签密文。

所述步骤三包括以下步骤：

1)发送方选择随机数r∈Z_q^*，并计算U＝rP，其中Z_q^*是乘法群，该乘法群 上的元素包括大于等于1且小于q-1的所有整数，P是一个阶为q的乘法循环群 G₁的生成元，U是G₁上的元素；

2)发送方将待发送的消息和相应接收方的公钥分为组，其中n为接收 方的数量，符号表示上取整操作；

3)发送方将第j组第i个参数(m_j*N+i，x_S，Y_Rj*N+i)分配给第i个签密计算单元， 其中i＝1，......，N，m_j*N+i为要发送给第j*N+i个接收方的消 息，x_S为发送方的私钥，Y_Rj*N+i为第j*N+i个接收方的公钥；

4)每个签密计算单元并发地完成签密文计算，步骤如下：

①V_j*N+i＝x_SH₁(m_j*N+i，rY_Rj*N+i)；