基于椭圆曲线的无中心匿名双向认证系统设计及实现

摘要

信息技术的进一步飞速发展，对信息安全的各项领域提出了更高的要求。计算机硬件、并行计算等方面的发展，使得传统的RSA密码体制受到越来越多的威胁，人们逐渐转向优点众多的椭圆曲线密码体制。同时针对日益复杂的环境变化，人们迫切需要提高对隐私、匿名性等方面的保护。传统单一的有中心秘密保管体制，也逐步转变为分布式、无中心的门限秘密共享体制，以更好的适应高安全、高抗毁力、分散权限等需求。 本文在研究椭圆曲线、无中心门限方案的基础上，提出并构建了一套完整的匿名双向认证系统，实现了其中的关键算法。论文主要研究工作和创新成果如下： 1.在研究现有椭圆曲线无中心门限方案的基础上，设计了匿名双向认证系统的完全无中心初始化门限方案。方案基于椭圆曲线，结合拉各朗日插值算法，采用了完全无中心的门限模式。方案包括系统的初始化、门限签名、签名验证三部分，具有密钥短、运算快、不需可信中心、安全性高等优点。同时提出了无可信中心环境下动态改变门限值和增删成员的方法。此方法不需重新初始化和更换系统原有的秘密，实施起来具有很高的效率和安全性。 2.设计了基于椭圆曲线的匿名双向认证方案，并证明了其正确性，分析了安全性和有效性。方案可以很好的抵抗重放、中间人等各种攻击，且认证不需分布式认证中心参与，实现了匿名性。 3.设计了系统节点之间的加密通信方案，保证了通信的安全性、消息完整性、保密性、时效性和不可抵赖性，采用改进的签名方程，避免了求逆运算，提高了执行效率。 4.实现了匿名双向认证原型系统，并给出了一个具体的应用实例，取得了预期的效果。实验结果验证了方案的可行性、安全性和高效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.2.1密码学

1.2.2秘密共享

1.2.3认证

1.3课题研究背景和意义

1.4论文的主要工作

1.5论文的章节安排

2密码学理论

2.1概述

2.2椭圆曲线理论

2.2.1无穷远点和射影坐标

2.2.2有限域

2.2.3椭圆曲线

2.2.4椭圆曲线上的运算

2.2.5椭圆曲线离散对数问题

2.2.6椭圆曲线公钥密码

2.3本章小结

3匿名双向认证系统设计

3.1整体设计

3.1.1协议设计

3.1.2初始化流程

3.1.3证书申请

3.1.4证书撤销

3.1.5认证流程

3.1.6通信流程

3.2匿名双向认证系统初始化及门限签名方案

3.2.1有中心方案

3.2.2无中心方案

3.2.3证书产生及验证

3.2.4方案分析

3.2.5无中心动态成员增删方案

3.3匿名双向认证方案

3.3.1匿名双向认证算法

3.3.2匿名双向认证方案分析

3.4匿名双向认证系统节点通信方案

3.4.1节点通信方案

3.4.2方案分析

3.5本章小结

4匿名双向认证原型系统实现

4.1简介

4.1.1 OpenSSL

4.1.2 Cryptopp

4.1.3 NTL

4.2系统实现

4.2.1概述

4.2.2算法实现

4.2.3消息模块

4.2.4 GUI界面设计

4.3运行实例

4.4本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

致 谢

参考文献