一种指定验证者的无证书可脱敏签名方法和系统与流程

本发明属于网络空间安全的，具体涉及一种指定验证者的无证书可脱敏签名方法和系统。

背景技术：

1、在当前互联网技术与大数据时代的背景下，电子文档的合法性认证与隐私保护已成为网络空间安全领域的研究重点。数字签名技术作为保障信息完整性、认证性和不可抵赖性的核心手段，已广泛应用于政务公文、医疗诊断、金融交易等关键领域。然而，在实际应用中，数字签名任然面临诸多问题。首先在一些特殊场景下，例如政府、军事部门文件的签发、医疗领域大数据的共享等，被签名的文件中可能包含敏感的信息。在这些文件公开之前对其进行脱敏(修改或删除敏感信息)是十分必要的。其次大部分方案基于传统的公钥密码体制或基于身份的密码体制。传统的公钥密码体制存在着繁杂的证书管理问题，而基于身份的密码体制则存在密钥托管问题。

2、申请号为cn202511352278.x的发明公开了一种适用于物联网的轻量级无证书数字签名方法,所述方法包括对信任中心kgc进行参数初始化,结合预设的加密机制构造公开参数,并计算主公钥和主私钥,接收用户端的用户身份信息,通过主私钥对用户身份信息进行部分私钥和部分公钥计算,生成部分密钥对反馈至用户端,获取用户端随机数进行用户部分公钥和用户部分私钥计算,结合部分密钥对生成完整密钥对,将完整密钥对的完整公钥反馈至信任中心kgc,通过完整密钥对的完整私钥对用户端的消息进行签名并发送至验签端,验签端从信任中心kgc获取公开参数、主公钥和完整公钥对消息进行签名验证。然而，该申请所提方法的局限性在于功能过于单一，仅能保证原始消息的完整性，无法在数据流转过程中对敏感隐私信息进行动态脱敏处理，且任何持有公钥的第三方均可验证签名，不具备隐私指向性。

3、申请号为cn202210755230.3的发明提出一种具有服务器辅助验证的基于属性的可净化签名方案，通过服务器分担验证开销以提升效率；申请号为cn202210766035.0的发明专利提出一种具有强指定验证者的属性基可净化签名方案，能够限制签名验证范围并支持模拟签名以保护隐私；申请号为cn202110820317.x的发明专利提出一种可追踪属性基可净化签名方案，在实现消息净化的同时支持恶意签名者身份追踪；申请号为cn202210378519.8的发明专利提出一种前向安全的高效属性基可净化签名方案，通过时间片段密钥更新实现前向安全性。上述方案均围绕属性基可净化签名展开，分别在辅助验证、指定验证、身份追踪、前向安全等方面扩展了功能，但它们存在共同的局限性：计算成本高，由于大量使用了复杂配对运算，导致其在移动端或工业传感器等计算资源匮乏的环境下难以部署；同时，相关方案仍基于公钥基础设施或身份密码体制，未能完全摆脱繁琐的证书管理或密钥托管的安全隐患。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在隐私保护不足、密钥管理复杂、灵活性差以及计算成本高的问题，本技术提出一种指定验证者的无证书可脱敏签名方法和系统。

2、第一方面，本发明提供一种指定验证者的无证书可脱敏签名方法，包括：

3、密钥生成中心根据循环群、生成元以及多个单向密码哈希函数，生成主私钥以及主公钥，并发布全局公开参数；

4、脱敏者根据全局公开参数以及自行选取的第一秘密值，生成第一完整公私钥对；指定验证者根据全局公开参数以及自行选取的第二秘密值，生成第二完整公私钥对；

5、密钥生成中心为签名者生成部分私钥，签名者根据部分私钥，生成第三完整公私钥对；

6、签名者对待签名的消息进行签名，并将指定验证者的身份信息嵌入签名中，生成原始定向签名；

7、脱敏者根据预设脱敏策略对原始定向签名中的敏感信息进行脱敏计算，生成脱敏后的签名并发送给指定验证者；

8、指定验证者利用第二完整公私钥对中的私钥信息以及签名者的第三完整公私钥对中的公钥信息，判断脱敏后的签名是否由签名者生成，并输出验证结果。

9、所述密钥生成中心根据循环群、生成元以及多个单向密码哈希函数，生成主私钥以及主公钥，并发布全局公开参数，包括：

10、分别创建阶数为素数的加法循环群以及阶数为素数的乘法循环群；

11、在加法循环群中随机选择元素作为加法循环群的生成元，根据法循环群以及乘法循环群定义双线性映射；

12、选择四个密码学哈希函数；

13、密钥生成中心随机选择第一随机数作为主密钥，根据主密钥以及生成元，计算公共密钥；其中，为模的非零剩余类构成的循环乘法群；

14、根据素数、加法循环群、生成元、公共密钥、第一密码学哈希函数、第二密码学哈希函数、第三密码学哈希函数以及第四密码学哈希函数，发布全局公开参数；

15、其中，为全局公开参数。

16、所述脱敏者根据全局公开参数以及自行选取的第一秘密值，生成第一完整公私钥对；指定验证者根据全局公开参数以及自行选取的第二秘密值，生成第二完整公私钥对，包括：

17、脱敏者在循环乘法群中随机选取第一秘密值，根据全局公开参数中的生成元以及第一秘密值，生成第一完整私钥以及第一完整公钥，第一完整私钥以及第一完整公钥组成第一完整公私钥对；

18、指定验证者在循环乘法群中随机选取第二秘密值，根据全局公开参数中的生成元以及第二秘密值，生成第二完整私钥以及第二完整公钥，第二完整私钥以及第二完整公钥组成第二完整公私钥对。

19、所述密钥生成中心为签名者生成部分私钥，签名者根据部分私钥，生成第三完整公私钥对，包括：

20、根据全局公开参数、主密钥以及签名者的身份，密钥生成中心计算签名者的部分私钥，其中，为第一密码学哈希函数的哈希值，，为主密钥，为签名者的部分私钥，为全局公开参数的第一密码学哈希函数；

21、签名者随机选择第三秘密值；

22、根据第三秘密值、全局公开参数中的元素以及签名者的部分私钥，计算公钥值，则签名者的公钥为签名者的私钥为，将签名者的公钥以及签名者的私钥组成第三完整公私钥对。

23、所述签名者对待签名的消息进行签名，并将指定验证者的身份信息嵌入签名中，生成原始定向签名，包括：

24、将待签名的消息分成块；

25、对于任意消息块，在循环乘法群中选择第二随机数；

26、根据第二随机数以及全局公开参数中的生成元，计算签名的第二部分，设置需脱敏的索引集合为；

27、根据签名的第二部分、签名者的身份、签名者的公钥、签名者的私钥以及全局公开参数，计算哈希值，包括：第二哈希值、第三哈希值、第四哈希值；

28、当时，根据第二哈希值、第三哈希值、第四哈希值、签名的第二部分以及签名者的部分私钥，计算签名的第一部分；

29、当时，根据第二哈希值、第三哈希值、第四哈希值、第一完整公钥、第三秘密值以及签名者的部分私钥，计算签名的第一部分；

30、根据签名的第二部分以及第三秘密值，生成第i个脱敏授权令牌，；

31、根据签名的第一部分以及签名的第二部分，得到原始定向签名；

32、根据第i个脱敏授权令牌，得到总的脱敏授权令牌。

33、所述脱敏者根据预设脱敏策略对原始定向签名中的敏感信息进行脱敏计算，生成脱敏后的签名并发送给指定验证者，包括：

34、根据待签名的消息生成新的消息，其中只有集合的消息；

35、根据待签名的消息、新的消息、签名的第一部分、第i个脱敏授权令牌、第一秘密值以及第三哈希值，计算脱敏后的签名第一部分，其中；

36、根据脱敏后的签名第一部分、第二完整公钥以及双线性映射，计算验证授权令牌；其中，为双线性映射；

37、根据脱敏后的签名第一部分以及签名的第二部分，生成脱敏后的签名为，其中。

38、所述指定验证者利用第二完整公私钥对中的私钥信息以及签名者的第三完整公私钥对中的公钥信息，判断脱敏后的签名是否由签名者生成，并输出验证结果，包括：

39、指定验证者以公共参数集，签名者的身份，待签名的消息以及脱敏后的消息签名对，签名者的公钥，指定验证者的私钥，验证授权令牌为输入；

40、根据验证授权令牌、第一密码学哈希函数的哈希值、第二哈希值、第三哈希值、第四哈希值、签名的第二部分、签名者的公钥、第二秘密值以及公共密钥构建等式，并验证等式是否成立，等式的表达式如下：

41、；

42、其中，为双线性映射，为待签名的消息

m中任意消息块，

n为待签名的消息

m的块数，

i为待签名的消息

m的第

i块；

43、若成立则说明脱敏后的签名是由签名者生成，输出接受；若不成立则说明脱敏后的签名不是由签名者生成，输出拒绝。

44、第二方面，本发明还提供一种指定验证者的无证书可脱敏签名系统，采用第一方面的一种指定验证者的无证书可脱敏签名方法实现，包括：

45、初始化模块，用于密钥生成中心根据循环群、生成元以及多个单向密码哈希函数，生成主私钥以及主公钥，并发布全局公开参数；

46、公私钥对生成模块，用于脱敏者根据全局公开参数以及自行选取的第一秘密值，生成第一完整公私钥对；指定验证者根据全局公开参数以及自行选取的第二秘密值，生成第二完整公私钥对；密钥生成中心为签名者生成部分私钥，签名者根据部分私钥，生成第三完整公私钥对；

47、签名生成模块，用于签名者对待签名的消息进行签名，并将指定验证者的身份信息嵌入签名中，生成原始定向签名；

48、脱敏计算模块，用于脱敏者根据预设脱敏策略对原始定向签名中的敏感信息进行脱敏计算，生成脱敏后的签名并发送给指定验证者；

49、签名验证模块，用于指定验证者利用第二完整公私钥对中的私钥信息以及签名者的第三完整公私钥对中的公钥信息，判断脱敏后的签名是否由签名者生成，并输出验证结果。

50、第三方面，本技术提出一种电子设备，包括：一个或多个处理器，以及存储器，所述存储器用于存储指令，当所述指令被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行所述的一种指定验证者的无证书可脱敏签名方法。

51、第四方面，本技术提出一种计算机可读存储介质，其存储有可执行的指令，所述指令当被执行时使得处理器执行所述的一种指定验证者的无证书可脱敏签名方法。

52、有益效果：

53、本技术提出一种指定验证者的无证书可脱敏签名方法和系统，有益效果如下：

54、(1)无证书管理与密钥托管问题，提升密钥体系安全性：本发明引入无证书密码体制核心设计，签名者私钥由密钥生成中心（kgc，key generation center）提供的部分私钥与签名者自主选取的秘密值共同构成，脱敏者、指定验证者也可自行生成完整公私钥对。既克服了传统公钥密码体制中繁杂的证书申请、存储、更新与验证管理开销，又避免了基于身份密码体制中密钥完全由权威机构托管带来的泄露、滥用等安全隐患，构建了更安全的密钥管理体系。

55、(2)实现签名定向验证，防止非授权滥用与隐私泄露：通过融入指定验证者机制，将签名有效性验证权限定向绑定至特定验证主体，签名生成过程中嵌入指定验证者身份信息，仅该指定验证者可利用自身私钥完成脱敏签名的合法性校验，其他任何第三方均无法验证签名有效性。有效防止签名被非授权主体获取后滥用，同时保护签名者的身份隐私与签名信息的定向性，适配政务、军事、医疗等需定向认证的隐私保护场景。

56、(3)支持敏感信息动态脱敏，兼顾数据隐私与签名有效性：设计灵活的脱敏机制，允许半可信脱敏者在预设的脱敏授权范围内，对原始签名中的敏感消息块进行动态修改、脱敏处理并生成合法的脱敏签名。既实现了数据流转过程中敏感信息的隐私保护，解决了现有方案无法对签名消息进行动态脱敏的问题，又能维持脱敏后签名的完整性、不可抵赖性，保证脱敏签名仍可被指定验证者有效验证。

57、(4)计算效率高，适配资源受限设备与多领域实际应用：本发明避免了现有属性基可脱敏签名方案中大量复杂的配对运算，整体签名、脱敏与验证流程的计算步骤简洁高效，降低了计算资源消耗。不仅能在普通服务器、终端设备上高效运行，还可适配移动端、工业传感器等计算资源匮乏的设备，同时能满足政务公文、医疗诊断、金融交易等多领域对数字签名与数据隐私保护的双重需求，场景适配性广。

58、(5)脱敏授权可控，提升签名与数据处理的灵活性：本发明设置脱敏授权令牌与脱敏索引集合，仅在授权范围内的敏感消息块可被脱敏处理，实现了脱敏操作的精细化、可控化管理。相较于现有功能单一的数字签名方案，本发明在保证签名核心功能的基础上，赋予了签名消息灵活的脱敏处理能力，适配实际应用中数据分级使用、敏感信息按需隐藏的多样化需求，提升了系统的实用性与灵活性。