轻量级密码及其在电子现金支付中的应用研究

摘要

随着信息时代的发展，人们生活中的各种数据与信息的安全性也越来越容易受到入侵与攻击，因此网络空间安全成为研究者们讨论与研究的热点。密码学是针对解决信息安全问题的一种有效的方式，其中轻量级密码则是一种安全与保护级别更高和实现效率更快的密码体制。数字签名作为密码学中的重要工具，在电子商务中起着举足轻重的作用。
　　本文首先通过对密码学中的AES算法、RSA算法和Hash函数这三者分别进行轻量化，给出改进后算法的性能分析，并用理论研究数据说明其得到了轻量化。然后构造了一个新的数字签名方案，将构造的数字签名方案应用到电子现金支付系统中。研究表明：⑴对于对称密码算法AES，将字节与逆字节代换采用复合域算法来实现，列混合和逆列混合采用参数矩阵的乘积形式来实现，以此减少资源占用而实现形式上的优化；⑵对于非对称密码算法RSA，从传统的两个素数因子算法增加到三个素数因子算法。虽然素数因子的个数增加，但减少了其位数，在选择大素数因子时提高了其选择的效率。解密时结合中国剩余定理，降低了解密时计算量；⑶对于Hash函数，采用基于MD模式上并行的LFSR循环压缩构造了一个在硬件方面实现效率较高的哈希函数。实验数据显示，在硬件消耗上与另一种哈希Toeplitz比较，有明显提升；⑷构造的数字签名方案中，将其中的哈希函数混合了AES算法的优点，通过在每一迭代过程中与AES进行异或得到一个抗碰撞与速度快的新哈希。签名算法采用三因子素数的RSA，利用中国剩余定理将模幂运算的计算量降低，使得数字签名方案不仅安全而且高效；⑸将构造的数字签名方案应用到电子现金支付系统中，基于此方案的支付系统采用RSA盲签名，不仅具有不可伪造性，不可追踪性，同时也能对参与者消除其重复花费的忧虑。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 研究背景

1．2 研究意义

1．3 国内外研究现状

1．4 本文主要研究内容

1．5 论文结构及内容安排

第2章 密码学相关背景知识

2．1 AES算法

2．1．1 基础知识

2．1．2 数学背景知识

2．1．3 AES加解密算法

2．2 RSA算法

2．2．1 RSA中的数论算法

2．2．2 RSA的加解密算法

2．3 Hash函数

2．3．1 基本概念

2．3．2 Hash函数中的压缩函数和迭代结构

2．4 数字签名

2．4．1 数字签名的定义与分类

2．4．2 数字签名的安全性

2．5 本章小结

第3章 轻量级密码设计与分析

3．1 对称密码AES的优化及分析

3．1．1 AES的硬件实现

3．1．2 AES结构优化

3．1．3 AES在电子商务中的应用

3．2 非对称密码RSA的三因子素数分析

3．2．1 三因子素数RSA算法及证明

3．2．2 RSA解密算法与中国剩余定理

3．2．3 性能分析

3．2．4 RSA在电子商务中的应用

3．3 Hash函数的并行化设计

3．3．1 并行输入LFSR压缩函数

3．3．2 性能分析

3．4 本章小结

第4章 一种新的电子现金签名方案及其应用

4．1 电子现金

4．1．1 电子现金概念与性质

4．1．2 电子现金支付系统及其特点

4．2 一种新的轻量级数字签名方案

4．2．1 基于AES的哈希函数

4．2．2 三因子素数RSA签名

4．2．3 基于三因子素数的RSA数字签名方案

4．2．4 方案安全性分析

4．3．基于改进的RSA盲签名的电子现金支付系统

4．3．1 支付系统初始化

4．3．2 取款协议

4．3．3 支付协议

4．2．4 存款协议

4．3．5 支付系统安全性分析

4．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果