ECDSA签名方案的颠覆攻击与改进

斯诺登事件揭露了某些密码体制的确存在被颠覆的事实.椭圆曲线数字签名算法（elliptic curve digital signature algorithm,ECDSA）在同等安全强度下,因其签名长度短而被广泛应用,如被用于比特币交易单的签名.ECDSA签名算法是否会被颠覆且存在修复方法仍是一个挑战.正面回答了这一问题：首先利用伪随机函数（pseudorandom function,PRF）计算$\widetilde k$替换ECDSA签名中使用的随机数k,实现了对ECDSA签名的颠覆,使得敌手只需获得至多3个连续签名就能够提取出签名私钥;然后,将签名私钥、签名消息与其他随机签名组件的哈希值作为签名算法的第2个随机数,对ECDSA签名进行了改进,提出了抗颠覆攻击的ECDSA签名,即使敌手替换新签名算法的某个组件,也无法提取签名私钥的任何信息;最后,对提出的算法与已有算法进行了效率测试,实验结果证明了提出的算法在计算复杂度与算法执行效率方面都具备优势.     

基于门限ECDSA的定期可更新的比特币密钥管理方案

针对中小企业或公司对比特币联合管理问题,提出一种基于门限ECDSA的密钥可更新的比特币密钥管理方案.利用门限ECDSA实现对比特币交易的联合签名,从而防止单个恶意成员或恶意软件匿名地、不可逆转地清空团体所有的资金.全体成员还可定期对所持私钥进行更新,使得攻击者必须在有限时间内至少盗取阈值数量的私钥才能窃取比特币,这增大了攻击者的攻击难度.安全分析表明,在有效保证成员匿名性的前提下,整个方案同时具备去中心化、比特币地址不可伪造、数字签名不可伪造、抵御合谋攻击四大安全特性.     

针对BLS短签名的故障攻击

BLS短签名是基于双线性对构造的数字签名方案,与传统ECDSA签名方案相比具有签名长度短的优势。目前,椭圆曲线密码的故障攻击已经得到深入研究,而基于双线性对构造的密码故障攻击研究则较少。针对BLS短签名的安全问题,从故障攻击的角度进行分析,通过将现有的适用于二元扩域椭圆曲线的无效曲线故障攻击方法推广到三元扩域,从而对BLS短签名方案实施攻击。仿真实验结果表明,在具备单比特故障注入的条件下,该方法只需导入1次单比特的故障即可以较大的概率破解BLS短签名的密钥。     

Aitps：基于非对称模格问题的两方协同签名方案

物联网和区块链等技术的兴起和发展，使得多方协同签名协议重新受到了关注.多方协同签名是一种特殊的数字签名，要求多个用户进行交互后共同对一个消息产生合法的签名，以达到认证的目的.优点在于相比起每个用户分别进行签名可以缩短尺寸，同时使用分布式的方法，任何一方都无法独自进行签名，防范了因为单个用户的密钥丢失或被劫持而导致被冒充身份的隐患.另一方面，量子计算机的进展对传统的公钥密码方案构成了潜在的威胁，美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology,NIST）在2016年启动抗量子密码（post-quantum cryptography,PQC）的国际标准征集项目，并于2022年7月确定了被选为标准的算法.同时，基于其入选的数字签名方案（例如CRYSTALS-Dilithium）的协同签名方案也已经陆续出现. 2019年，中国密码学会举办了全国密码算法设计竞赛，其中公钥组获得一等奖的Aigis-sig签名方案采用了与Dilithium类似的结构.基于Aigis-sig数字签名方案设计了一种两方协同签名方案，称之为Aitps，...     

基于哈希证明系统的区块链两方椭圆曲线数字签名算法研究

椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)是区块链密码学技术中常见的数字签名之一,其在加密货币、密钥身份认证等方面已被广泛应用.然而当前的区块链ECDSA算法灵活性较低、匿名性较弱且分散性不高,性能相对高效的应用实例也十分有限.基于哈希证明系统,文章提出一种适用于区块链的两方椭圆曲线数字签名算法.通过给定签名算法的数理逻辑及其...     

格上无证书代理重签名

代理重签名作为一种特殊的数字签名,在电子认证和电子商务方面越来越重要.格密码作为抵抗量子攻击密码体制的代表之一,具有更高的安全性和更高的计算效率,因此基于格出现了一系列代理重签名方案.Tian M M给出了拥有较高效率的身份基代理重签名方案,但该方案中代理重密钥需要委托者和受托者的私钥才能生成,且需要基于身份密钥托管.本文针对这两点不足进行改进,利用无抽样技术和格上的陷门生成算法、原像取样算法,构造了效率较高的格上无证书代理重签名方案.在随机预言机模型下证明了新方案的正确性,并且基于小整数解问题SIS的困难性证明了新方案对外部攻击和内部攻击在选择身份和选择消息下是存在不可伪造的.与已有格上的代理重签名相比,该方案能抵抗中间人攻击,具有更好的安全性和较高的效率.     

前向安全的椭圆曲线数字签名方案

将椭圆曲线密码体制的优势与前向安全的概念相结合,在椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）的基础上,引入系统时间划分方法来减少密钥泄露带来的损失,从而构造出一种基于椭圆曲线的前向安全的签名方案（改进方案）。安全性分析表明,该方案不仅可以抗随机数攻击,而且在随机预言模型下基于椭圆曲线离散对数问题（ECDLP）困难性是前向安全的。算法运算量分析表明,在签名生成和验证时,改进方案比ECDSA方案少了1次倍点运算、2次模乘运算和2次模逆运算。MATLAB仿真结果表明,在签名效率上,改进方案比ECDSA方案以及同样具有前向安全性的周克元方案都要高。     

对一种ECDSA改进算法的攻击

椭圆曲线数字签名算法ECDSA的应用越来越广。本文通过分析其中一种提高ECDSA签名效率的改进算法,指出该算法存在的安全隐患,分析其不安全的根源,并提出一种攻击方法。该攻击方法在不需要解离散对数的情况下,可以得到签名者的私钥,并且计算量不大。     

一种格上基于改进盆景树模型的属性签名方案

为了提高数字签名效率和安全性,引入属性密码体制和格理论设计更为灵活的签名方案,提出了一种格上基于改进盆景树的属性签名方案。通过利用Cash D等提出的改进的盆景树模型,使得签名效率得到提高。同时在密钥提取过程中加入用户自己的信息来产生签名私钥,使得授权机构无法获得私钥伪造签名。最后,在标准模型下利用SIS问题证明了方案的存在性不可伪造性。经过分析发现方案具有更高的效率且能够抵抗量子攻击,极大程度提高了数字签名的安全性。     

高效抗单点失效的区块链钱包保护方案

利用区块链钱包保存的私钥对交易进行签名是区块链上交易的唯一途径,钱包中存储的私钥一旦丢失或泄露将造成无法挽回的损失.目前主流的钱包管理方案都将钱包集中存储在单个位置或者依赖可信第三方的参与,无法抵抗单点失效.针对区块链的钱包安全问题,提出一个基于无可信中心门限椭圆曲线数字签名的区块链钱包保护方案.该方案在无可信中心参与的情况下由参与者合作生成公私钥和各自的私钥碎片,超过门限阈值的参与者合作才能对交易进行有效签名,可有效抵抗单点攻击,保障钱包安全.经过安全性分析,该方案满足抗伪造性、匿名性、鲁棒性、不可追溯性和不可撤销性.通过效率分析,该方案完成签名仅需常数轮,可在增加较少签名时间的情况下保障区块链钱包安全.     

A Secure Hardware Implementation for Elliptic Curve Digital Signature Algorithm

Since the end of the 1990s, cryptosystems implemented on smart cards have had to deal with two main categories of attacks: side-channel attacks and fault injection attacks. Countermeasures have been developed and validated against these two types of attacks, taking into account a well-defined attacker model. This work focuses on small vulnerabilities and countermeasures related to the Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA) algorithm. The work done in this paper focuses on protecting the ECDSA algorithm against fault-injection attacks. More precisely, we are interested in the countermeasures of scalar multiplication in the body of the elliptic curves to protect against attacks concerning only a few bits of secret may be sufficient to recover the private key. ECDSA can be implemented in different ways, in software or via dedicated hardware or a mix of both. Many different architectures are therefore possible to implement an ECDSA-based system. For this reason, this work focuses mainly on the hardware implementation of the digital signature ECDSA. In addition, the proposed ECDSA architecture with and without fault detection for the scalar multiplication have been implemented on Xilinx field programmable gate arrays (FPGA) platform (Virtex-5). Our implementation results have been compared and discussed. Our area, frequency, area overhead and frequency degradation have been compared and it is shown that the proposed architecture of ECDSA with fault detection for the scalar multiplication allows a trade-off between the hardware overhead and the security of the ECDSA.     

标准模型下基于格的身份代理部分盲签名方案

基于格的身份代理盲签名被广泛用于电子商务、电子政务以及软件安全等领域.针对基于格的代理盲签名中存在的主密钥泄露、恶意用户攻击、签名伪造等问题,文章提出一种标准模型下基于格的身份代理部分盲签名方案.该方案采用矩阵级联技术构造签名公钥,解决了已有方案中的主密钥泄露问题;采用部分盲签名技术解决了全盲签名方案中恶意用户攻击问题...     

无模逆运算的椭圆曲线数字签名算法

经典的椭圆曲线数字签名(ECDSA)在签名和验证过程各使用了1次求逆运算,复杂费时的求逆运算制约着数字签名效率的提升。针对目前ECDSA的局限性,业界提出了很多改进方案,然而一些改进方案仅仅从ECDSA计算效率的提高入手,但却未能将诸如伪造签名攻击的问题考虑在内。在对经典ECDSA方案分析的基础上,兼顾椭圆曲线数字签名的安全性和计算效率,提出了一种改进的椭圆曲线数字签名新方案,并通过理论分析和仿真实验证明了新方案的安全性和高效性。研究结果表明,改进的方案通过引入双参数以及在签名和验证阶段回避求Zp*逆运算,既提高了数字签名的计算效率又能防止数字签名伪造攻击。     

基于改进椭圆曲线算法的批量签名方案

描述了由ANSI于1999年颁布的椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）,给出了一个改进的椭圆曲线数字签名算法,进一步加快了运算速度,缩短了数字签名时间。结合Binary tree批量签名方案,设计了一种基于改进椭圆曲线签名算法的批量签名方案。签名方用一次签名动作完成对多个不同消息的签名,但计算复杂度几乎和单个消息签名相同。非相关接收方可以独立地对每一条消息进行认证,安全性和ECDSA相同。     

一种新的标准模型下的门限签名方案

针对徐静提出的门限签名方案,构造了一种合谋攻击．通过在部分签名中添加签名成员私有密钥的方法,基于Waters签名方案和Gennaro的分布式密钥生成协议,设计了一种新的无可信中心的门限签名方案。该方案能有效抵抗合谋攻击和伪造签名攻击．最后,对新方案进行了安全性和有效性分析。     

基于SM2的两方协作盲签名协议

SM2是我国于2010年发布的椭圆曲线公钥密码标准,由于其具有比RSA签验速度快、存储空间小和运算复杂度低的特点被广泛应用于金融、社保等领域。随着国密算法的推广应用,密钥安全和数据隐私问题备受关注。单密钥签名模式的签名权力过于集中,无法满足分布式环境的应用需求,密钥泄露将威胁整个密码系统的安全,密钥的安全存储和合理利用问题亟待解决。此外,标准 SM2 数字签名算法无法实现消息内容的隐私保护功能,国密算法的签名消息的隐私保护有待进一步探究。针对签名算法的密钥安全和数据隐私问题,已有对SM2的协作签名研究和盲签名研究,然而,没有对SM2盲签名的协作设计,提出一种两方协作的盲签名协议,允许除用户以外的两方执行签名操作,签名过程无须恢复完整私钥,不会泄露部分私钥和秘密数的信息,密钥分散存储提升密钥安全性,盲签名性质保护消息隐私。在安全性方面,协议满足不可伪造性和不可链接性;在效率方面,使用C语言进行仿真测试,系统中各个参与者在本地的运行耗时均在可承受范围内,在签名者诚实执行协议的情况下,协作签名阶段中各个实体的时间损耗与执行一次轻量级的 SM2 盲签名的时间损耗基本一致。因此,该协议在功能和效率上具备一定的实用前景。     

基于身份的无可信中心的门限群签名方案

在一种改进的椭圆曲线数字签名算法的基础上,采用Shamir门限秘密共享方案和联合秘密共享技术设计了一种新的基于身份证书机制的无可信中心的（t,n）门限群签名方案,该方案由以下四个步骤组成：系统初始化阶段（确定系统参数）、密钥生成阶段（群公钥及分存秘密的生成）、部分签名的生成和验证阶段、群签名的生成和验证阶段。在这个新方案中由全体成员来共同决定群公钥和成员的私钥,无需可信中心的参与。这样每个成员只了解群公钥,没有掌握与其他成员的私钥有关的任何信息,从而有效地避免了成员私人密钥的泄漏,并且在整个方案的执行过程中都没有任何系统秘密信息的泄露。新方案具有以下优点：弱化了应用门限签名方案的前提条件,扩大了其应用范围;密钥管理简单,显著地减少了通信量和计算量,提高了系统效率,具有更好的适应性。详细分析了对该方案各种可能的攻击方式,包括在门限签名方案中常见的、非常有效的伪造攻击、合谋攻击等。分析表明所提出的方案是安全有效的。因此,该方案具有较强理论意义和较好的实际应用价值。