支持无效签名判定的基于身份聚合签名算法研究及应用

In vehicular ad hoc network (VANET), network node is required to verify a huge number of data with signatures in a very short time slot, which leads to the network node congestion. The project proposes to analyze the efficiency of the previous aggregate signature schemes, systemtically classify various identity-based aggregate signature (IBAS) schemes, design identity-based sequential aggregate signature (IBSAS) scheme and identity-based full aggregate signature (IBFAS) scheme secure in the standard model, adopt combinatorial group testing (CGT) algorithm to achieve invalid signature indication during the verification, and apply the proposed IBFAS in VANET to enhance the verification ability of the network nodes. The proposal tries to solve two problems. One is how to combine an identity-based signature scheme with an aggregate signature scheme to achieve constant-size aggregate signature. The other is how to indicate invalid signatures in an aggregate signature during the verification.

车载自组网网络节点的超负荷计算压力和大数据量网络传输负担成为制约车载自组网发展的两个重要因素。本课题从密码学角度出发，针对目前车载自组网中提高网络节点对数字签名验证高效率的迫切需求，围绕设计标准模型下可证明安全的基于身份顺序聚合签名和基于身份全聚合签名算法，以及在车载自组网中网络节点高效数据验证这三个目标，研究影响基于身份聚合签名效率的主要因素、基于身份聚合签名的分类、与批验证算法的区别与联系、组合群试算法支持无效签名判定以及签名算法在车载自组网中的应用等内容，提出并解决基于身份签名与聚合签名相结合和基于身份聚合签名中支持无效签名判定这两个科学问题，具有较高的理论意义和实用价值。

项目组对研究计划中的聚合签名分类及定义、聚合签名和批验证的区别和联系、组合群试算法支持无效签名判定和基于身份聚合签名在车载自组网中的应用研究这4个内容进行了深入的研究，围绕两个核心的科学问题按照预订研究方案展开研究并提出解决方案，设计了支持无效签名判定的基于身份同步聚合签名，从理论上与无支持无效签名判定功能的基于身份同步聚合签名进行了比较和分析，并从实验上对该算法性能进行了初步测试，结果与理论分析相符且具有一定的实用性。. 具体来讲，本项目将聚合签名定义为（基于身份）全聚合签名、（基于身份）同步聚合签名和（基于身份）顺序聚合签名6类。通过与批验证的比较，发现（基于身份）全聚合签名可转化为批验证，但能实现批验证的（基于身份）签名未必能转化为（基于身份）全聚合签名。主要原因是如果参与聚合的用户和消息都不相同，那么他们产生的基于身份签名由于缺乏同步值，根本无法进行聚合。而（基于身份）同步聚合签名要求参与聚合的所有用户都拥有一个相同的预设值，此预设值作为不同用户对不同消息产生的签名中的同类项，起到至关重要的聚合作用。与此同时，项目组成员也调研了在生物信息学中常用的组合群试算法，用以解决多签名验证算法中无效签名的判定问题。通过聚合签名验证中无效签名判定与DNA库筛查的近似性分析，成功将高效的的组合群试算法-Shifted Transversal Design（STD）-应用于基于身份同步聚合签名中，在验证算法中实现对无效签名的判定。值得一提的是，组合群试的思想可以应用在各种聚合签名的算法中，具有普适性。接着，我们设计了支持无效签名判定的基于身份同步聚合签名算法。最后，基于jPBC库实现该算法，并分析了与普通的基于身份同步聚合签名性能的差别。. 项目成果主要包括3篇SCI期刊论文、1篇EI会议论文和1个深圳市科技进步奖二等奖。