同态签名的聚合及其应用

Data integrity, authenticity, and non-repudiation are important security issues in cloud computing and big data processing. Homomorphic signature and aggregate signature are not only significant theories and technologies in the field of digital signature, but also have wide applications in Cyberspace Security. This project mainly focuses on the research of homomorphic signatures and their aggregation. We will put forth effort on the design of secure and practical identity-based homomorphic signature schemes and certificateless homomorphic signature schemes, strong and reasonable security models for aggregate signature schemes and homomorphic aggregate signature schemes, provably secure efficient identity-based homomorphic aggregate signature schemes and certificateless homomorphic aggregate signature schemes, data aggregation schemes using identity-based homomorphic signatures and their aggregation to provide a guarantee for data integrity, authenticity, and non-repudiation in clustered sensor networks, solutions to public batch verification for the integrity of multiple files in cloud storage using certificateless homomorphic signatures and their aggregation. In addition to facilitate the development and perfection of the theories and technologies of homomorphic and aggregate signatures, the fulfillment of this project will also provide some efficient methods for the solving of authentication in cloud computing and big data processing.

数据的完整性、真实性和不可否认性是云计算和大数据处理中面临的重要安全问题。同态签名和聚合签名不仅是数字签名领域的重要理论和技术，而且在网络空间安全中有广泛的应用。本课题以同态签名及其聚合作为主要研究内容。着力于设计安全实用的基于身份的同态签名方案和无证书同态签名方案；建立聚合签名方案、同态聚合签名方案的强且合理的安全模型及可证安全的高效基于身份的同态聚合签名方案和无证书同态聚合签名方案；利用基于身份的同态签名及其聚合给出簇状传感器网络中用以保障数据完整性、真实性和不可否认性的数据聚合方案；利于无证书同态签名方案及其聚合设计出云存储中多文件完整性的公开批验证解决方案。除了促进同态和聚合签名的理论与技术的发展与完善外，本课题的研究还为云计算和大数据处理中的认证问题提供一些有效的解决途径。

网络、云计算和大数据技术的快速发展对信息安全不断带来新的挑战。除了机密性和隐私保护外，数据的真实性、完整性、以及不可否认性也是网络信息交换、云计算和大数据处理中的必须要解决的重要安全问题。正是这些实际需求促使了密码学中各种具有特殊性质的数字签名技术的产生和发展。本项目聚焦于同态签名及其聚合的研究，以期为一些网络和云计算环境下的数据处理提供可行的数据认证方法。. 我们首先形式化地给出了基于身份的、无证书的、和基于证书的线性同态签名概念以及合理的安全模型；紧接着以双线性映射、Diffie-Hellman 等困难问题为基础设计了多个各具特色的线性同态签名方案，提供了安全性证明、实现和性能分析；在聚合签名方面，我们提出了基于身份的聚合签名、基于证书的聚合签名强且合理的安全模型，这样的模型能够为一个聚合签名有效等价于其中涉及的所有单个签名都有效提供坚实的保障。进一步，我们设计了在这样的安全模型下可证明安全的基于身份的和基于证书的聚合签名方案。同时设计了以基于身份的聚合签名为基础的簇状传感器网络数据聚合方案，并进行了实现；在线性同态签名的应用方面，我们设计并实现了以无证书线性同态签名和聚合签名为基础的云存储文件完整性审计方案以及以基于身份的线性同态签名为基础的网络编码防污染攻击方案。另外，项目组还在抗泄漏的加密、密钥协商，可撤销的无证书加密等方面取得了部分成果。. 实现了申请书中的预期目标。项目研究取得的成果发表国际期刊论文14篇(包括3篇已录用的)，国际会议论文2篇；获得软件著作权2项；已获受理的发明专利申请3项；人才培养13人，包括12人硕士毕业，1人博士在读。. 项目成果为线性同态签名及其应用的后续研究奠定了基础，丰富和发展了聚合签名的安全概念。部分成果有望在网络编码防污染攻击、簇状传感器网络数据聚合及云存储文件完整性审计方面得到应用。