几种数字签名方案的研究及其在智能家居系统中的应用

摘要

随着计算机软件和硬件技术的不断提高和发展，越来越多的智能家居设备和手持终端设备得到了广泛的普及。一方面这些设备让生活变得更加便捷，然而另一方面设备存在的安全问题也亟待解决，关于安全问题这部分的研究主要以数字签名技术为首，然而数字签名的应用主要是在网上交易和电子现金方面，对于智能设备使用的数字签名这部分的研究较为缺乏。因此，设计可靠的和高效的适用于智能设备系统使用的签名方案具有重要的研究意义和使用价值。本文详细研究基本的代理签名和门限签名的知识，并进一步对代理签名和门限代理签名方案研究，目前已取得成果主要内容如下。
　　本文首先从代理签名的概念出发，分析代理签名的性质，研究代理签名的特点，对已有的方案进行分析和研究。葛荣亮方案依赖于安全信道的情况不适用于智能设备，一旦安全信道被窃取后可以进行替换公钥攻击和恶意KGC攻击，由于现实生活中并没有绝对可靠的安全信道，针对方案的不足提出不依赖于安全信道的指定验证者的代理签名方案，方法利用双线性对的性质提高了方案的效率并且可以在普通信道中进行安全通信。
　　然后，结合双线性对的知识，对不同的代理者进行不同的权重设计，提出一种新的有特权集的门限代理签名方案，利用特权代理者和普通代理者必须同时达到门限值的条件下才能产生有效签名，达到互相监督的作用。最后分析并证明了方案的正确性和安全性，结果表明，新方案符合特权集门限代理签名的安全要求。
　　其次，分析现有的RFID安全认证协议，针对张恒山的方案发现其RFID标签存在跟踪的问题，并且计算上需要使用对称和非对称密码体制，效率相对不高。根据标签的不同要求给出三种新的RFID协议方案，并对三种方案的安全性和正确性进行分析和证明，结果表明，新方案满足标签的安全要求。
　　最后，介绍了智能家居系统概念和对系统存在的安全问题的认识，把第四章中给出的门限代理签名方案应用到智能家居系统，提出一种可以在智能家居系统中使用的简易安全协议。对不可伪造性、不可否认性、抗合谋攻击性和特权者参与的特性进行分析，结果表明用户与家庭网关之间可以正确的利用数字签名进行身份认证，符合系统的安全要求。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究的意义及目的

1.3 国内外研究现状

1.4 作者的主要工作与章节安排

第二章 密码学基础知识

2.1 群、环和域相关知识

2.2 数论相关知识

2.3 双线性映射

2.4 单向散列函数

2.5 计算复杂性

2.5 公钥密码体制

2.6 数字签名

第三章 指定验证者的代理签名方案

3.1 代理签名的基础知识

3.2 一种代理签名方案的分析

3.3 新的不依赖于安全信道的指定验证者代理签名方案

3.4 本章小结

第四章 基于双线性的特权集门限代理签名

4.1 特权集的门限代理签名基础知识

4.2 新的基于双线性的特权集门限代理签名方案

4.3 新的基于双线性的特权集门限代理签名的分析

4.4 本章小结

第五章 RF ID系统中的安全协议

5.2 RFID安全机制

5.3 几种新的RFID协议方案

5.4 本章小结

第六章 特权集门限代理签名的简易智能家居方案

6.1 背景知识

6.2 新的特权集门限代理签名的简易智能家居方案

6.3 本章小结

第七章 总结

7.1 主要工作回顾

7.2 展望

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢