支持笔交互的数字纸张签名方法研究

Nowadays, the Digital Signature technology is far from perfect as it is based on PKI. The generation, distribution and management of the secret key are not safe enough. And the problem of user's identification gets even more tough in network environments. Therefore, a novel method is proposed in this research. Firstly, the handwriting signatures are presented by the Digital Paper with a variety of physical properties in natural pen-paper interaction processes, then the secret key are created by the force features extracted from the signatures, which can be used to protect the user's information and also to verify the user's identity. Specifically, the natural expression and digital content binding of the digital paper and the digital ink are realized through constructing the digital paper with the physical property based on models of pen-paper and ink-paper interaction; the personal features coding of handwriting signature and biometric key creation are performed based on the Polymorphism discretization method, with personal features of the digital paper and matching law of fuzzy vault, function of the Digital Signature under computer environment is performed. The proposal can be seamlessly transited to the public key password system, the security and usability of private keys also be strengthen. It is effective technical means for paperless office and electronic commerce application.

基于密钥的数字签名技术，不仅无法保证用户数字身份与物理身份的统一，而且密钥的生成、分发、管理存在安全隐患，网络环境下，数字内容版权保护、用户身份识别与认证等信息安全问题日益突出。为此，本研究提出通过自然的笔纸交互方式，实现在具有物理属性的数字纸张上签名，并利用手写签名力矢量信息生成生物密钥，用于数字内容保护和用户身份识别与认证。通过构建具有纹理、硬度等物理属性的数字纸张，基于纸笔交互模型和纸墨交互模型，实现数字纸张与数字墨水自然表达和内容绑定；采用多态离散化方法实现手写签名个性化特征编码和生物密钥生成；结合数字纸张个性化属性和模糊金库匹配策略实现计算机环境下的数字签名。所提出的支持笔交互的数字纸张签名方法，与现有公钥密码体系无缝衔接，并有效增强私钥的安全性和易用性，为实现"无纸化"提供技术支撑，在电子政务、电子商务及数字内容保护等方面有重要的应用价值。

在互联网环境下，“数字纸张”在办公场景中被广泛应用。但是，“数字纸张”界面下基于密钥的数字签名技术，不仅无法保证用户物理身份与数字身份的一致性，而且存在易遗忘、丢失和被盗取等问题，如何解决网络环境下的数字内容保护、用户身份识别与认证等信息安全问题，是“数字纸张”广泛应用实现无纸化办公的关键。本项目基于自主研发的三维力传感器设计开发了新一代基于移动场景的手写信息(三维力信息与二维位置信息)获取设备，为数字环境下的签名技术提供了硬件支撑；结合传统纸张的特点，提出并设计了具有三维纤维网络和物理属性的新型数字纸张，提出了墨水扩散仿真方法和墨水过滤仿真方法，使用XML和InkML技术制定数字纸张文件格式，为数字纸张文件的平台无关性、应用无关性交换提供了保障；提出了结合数字纸张纤维网络结构相关属性、手写签名生物特征和数字签名的数字纸张手写签名的签名方法；提出了基于手写生物特征的密钥生成方法以及数字纸张环境下的内容保护方法。本研究将为数字世界笔纸自然交互“实现笔墨纸砚”文明提供有效的方法，为无纸化提供新的技术手段，在电子商务、电子政务、移动互联等方面有广泛的应用价值，对解决当前网络环境下的信息安全问题具有重要意义。