保障区块链中信息不可否认性的数字签名研究

摘要

随着时间的发展，与区块链技术相关的应用已逐渐成为信息网络领域炙手可热的焦点。面对日益复杂和庞大的数据信息，如何更加有效保障流通和存储过程中信息的安全成为当今利用区块链系统构建的各种应用中的不得不面对的重要环节。对于保障区块链系统中信息安全的不可否认性这一基本安全属性而言，利用数字签名，身份认证和时间戳等相关的信息安全技术来解决各种区块链应用中潜在的安全威胁是必要的。因此，本次论文设计并提出了一种能够保障区块链系统中信息不可否认性的新型数字签名方案用以提高其在具体的区块链应用场景: 大数据交易中的安全级别。课题方案的研究设计主要包括如下内容: 1.首先对区块链技术的发展历程、相关概念和区块链系统独有的几点特性加以简单介绍，下文所提出的方案需要符合这些基本特性才能够良好适应系统环境。其次，说明保障信息的不可否认性对于区块链系统相关应用的必要性和重要性，相对详细地介绍和对比了主要保障信息不可否认性的数字签名技术和身份认证技术。最后简要说明了辅助前两种安全技术以提供系统所要求更高安全等级的时间戳技术。 2.对数字签名技术中起到决定性作用的密码学基本理论:椭圆曲线离散对数问题和双线性映射进行了详细地阐述和说明。假设了椭圆曲线密码学中经典的和较常出现的相关安全性问题。并对证明所提出数字签名方案安全等级具有重要意义的零知识证明和随机预言模型的相关理论方法和数学模型构建进行了简单介绍。随后对区块链系统中常用的基本数字签名技术进行概要阐述和基于各自特点地详细对比分析。紧接着，对已部署在区块链中的不同种类的数字签名方案，通过其算法原理、适用场景、方案性能以及所能提供的安全性等几个标准来进行对比分析，并根据现存的一些可能出现的安全性问题和性能上存在的局限性提出了论文可能的设计方向。 3.提出一种可以隐藏包含多输入多输出交易量的新型数字签名方案，然后通过椭圆曲线方程的推导和加法同态准则的要求对方案的可行性加以证明。根据所提出的原始方案其可能存在的相关安全性缺陷，进行适当地安全性优化，防止可能受到类似比特币交易系统中存在的各种对信息不可否认性的潜在安全攻击。 4.为了进一步改善所提出方案的安全性并确保方案的实施效率。基于所提出的适当优化之后的数字签名方案，使用聚合签名算法的聚合特性，运用形式化分析方法，构造一种可以保护包含被隐藏的交易量不被攻击的新型数字签名方案。由于利用了聚合的特性，此签名方案由于系统拥有多用户而额外增加数字签名所占用空间的长度这一问题得到了解决，从而保证了方案的执行效率。最后，假设构建一个区块链系统中基于P2P网络的大数据交易模型，将经过最终优化后提出的可以保护被隐藏多输入多输出交易量的新型签名方案部署在此大数据交易模型中，再通过形式化分析方法对签名方案所能提供的安全等级和执行效率进行推导、阐述。论文结尾加以总结所提出新签名方案的优越性和将来可以进一步探索研究的方向。