[发明专利]一种基于对称密码的状态数字签名方法及系统

说明书

本公开公开了一种基于对称密码的状态数字签名方法及系统，包括以下步骤：步骤S01：获取分组密码电路及首次签名消息，进行预处理并完成首次签名；步骤S02：将分组密码电路分解为第一分组密码电路和第二分组密码电路；步骤S03：后续签名基于首次签名状态，并结合随机掩码复用技术，对步骤S02中的第二分组密码电路应用零知识证明；步骤S04：结合签名消息，利用Fiat‑Shamir转换技术对步骤S03中的第二分组密码电路零知识证明进行转化，生成签名；步骤S05：针对后续签名消息，重复步骤S03‑步骤S04，依次生成后续签名。本公开在签名者与验证者存在多次签名需求的场景下，可显著降低签名长度，提升多次签名和验证的性能。

技术领域

本公开属于网络空间安全技术领域，尤其涉及一种基于对称密码的状态数字签名方法及系统。

背景技术

数字签名是保障网络空间安全的关键技术之一，用于鉴别数据的真实性及完整性，具有不可伪造性、不可抵赖性、可转移性，广泛应用金融、政务、教育、医疗等领域。但是随着量子计算机技术研究的迅速发展，当前被广泛应用的数字签名方案的安全性受到量子计算的潜在威胁。为了防御未来量子计算的可能攻击，美国、欧盟等启动具备抗量子计算机攻击能力的新一代密码算法的研究计划，其中包括抗量子计算的数字签名方案。在各类抗量子计算数字签名方案中，基于对称密码的数字签名Picnic备受瞩目。Katz、Kolesnikov与Wang(参见Jonathan Katz,Vladimir Kolesnikov,and Xiao Wang.Improved Non-

Interactive Zero Knowledge with Applications to Post-QuantumSignatures.In ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security,pp.525–537.ACM Press,2018.)进一步改进了“Picnic”所基于的零知识证明技术，并应用于数字签名“Picnic”系列算法中，极大提升了Picnic算法的整体性能；Picnic目前为美国NIST后量子密码竞赛第三轮候选算法。

但是，与基于格困难问题的数字签名相比，基于对称密码的数字签名仍然存在签名长度较大的问题。

发明内容

本公开为了解决上述问题，本发明提出一种基于对称密码的状态数字签名方法及系统，本公开在签名者与验证者存在多次签名需求的场景下，可显著降低签名长度，提升多次签名和验证的性能。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本公开提供了一种基于对称密码的状态数字签名方法，包括以下步骤：

步骤S01：获取分组密码电路及首次签名消息，进行预处理并完成首次签名；

步骤S02：将分组密码电路分解为第一分组密码电路和第二分组密码电路；

步骤S03：后续签名基于首次签名状态，并结合随机掩码复用技术，对步骤S02中的第二分组密码电路应用零知识证明；

步骤S04：结合签名消息，利用Fiat-Shamir转换技术对步骤S03中的第二分组密码电路零知识证明进行转化，生成签名；

步骤S05：针对后续签名消息，重复步骤S03-步骤S04，依次生成后续签名。

进一步的，步骤S01中预处理采用预处理“MPC-in-the-head”协议，协议分为预处理阶段和在线阶段两个阶段。

所述预处理阶段为整个电路的每条输入线路和所有乘法门的输出线路分配随机掩码，并为每个参与方分配对应的随机掩码份额；如果门电路是异或门，每个参与方在本地计算掩码份额的异或；如果门电路是乘法门，每个参与方的输入线路拥有两个掩码份额，并且需要为参与方设置辅助信息。