类UOV签名算法的密钥和效率优化及在嵌入式系统中的实现

发布时间：2017-10-04 15:26

  本文关键词：类UOV签名算法的密钥和效率优化及在嵌入式系统中的实现

  更多相关文章： 多变量公钥密码体制 类UOV签名算法 嵌入式

【摘要】：近二十几年里信息技术产业已经发展成为朝阳产业,成功推动了整个社会经济、民生的全面发展。开放的网络环境让我们能够接触到各个方面的信息,但开拓视野也带来了一些安全上的问题。密码学作为一门研究信息安全的科学,肩负起了保障安全的重任。密码学现在主要分为基于数论困难问题的传统公钥密码算法和后量子密码学。在量子计算机出现的今天,Shor算法可以在多项式时间将RSA等基于大整数因子分解的传统公钥算法进行有效攻击,传统公钥密码算法已不再能保证安全。为了抵抗量子计算机的攻击,学者们开始研究后量子密码学,主要的方向有格密码,多变量公钥密码(multivariate public key cryptography,MPKC)和哈希密码等。MPKC的安全性是基于求解有限域内随机二次多变量方程是NP完全困难问题——MQ问题,量子计算机在求解MQ问题时没有任何优势。MPKC中UOV签名算法的安全性一直被大家认可,但密钥长度过大也限制了它的应用。本文就UOV算法密钥长度和签名效率做了改进,提出了两种类UOV签名算法,详细介绍两种算法的构造、密钥大小、签名效率和安全性分析等。本文还将类UOV签名算法在嵌入式系统开发板Tiny210上进行了实现,搭建了开发板平台,移植嵌入式Linux系统,并在该系统上交叉编译完成了算法的运行测试。在Tiny210开发板上安全级别为1282时,类UOV算法私钥大小仅为普通UOV签名算法的十分之一左右,签名时间约为普通UOV的一半左右,实验结果表明类UOV签名算法在私钥存储优化和效率提升上表现非常出色。
【关键词】：多变量公钥密码体制 类UOV签名算法 嵌入式
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN918.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 论文的主要工作13
• 1.4 论文的内容结构13-15
• 第二章 相关基础知识介绍15-29
• 2.1 多变量公钥密码方案现状15
• 2.2 MPKC数学基础介绍15-18
• 2.2.1 有限域的相关概念15-17
• 2.2.2 本原多项式17
• 2.2.3 MQ问题17
• 2.2.4 仿射变换17-18
• 2.3 经典MPKC体制18-21
• 2.3.1 双极型系统18-19
• 2.3.2 混合系统19-21
• 2.3.3 多项式同构系统21
• 2.4 典型MPKC模式21-26
• 2.4.1 MI公钥密码系统21-23
• 2.4.2 Rainbow签名方案23-25
• 2.4.3 HFE公钥密码方案25-26
• 2.5 针对MPKC的攻击26-28
• 2.5.1 直接攻击26-27
• 2.5.2 线性化方程攻击27
• 2.5.3 秩攻击27
• 2.5.4 差分攻击27-28
• 2.5.5 油醋分离攻击28
• 2.5.6 物理攻击28
• 2.6 本章小结28-29
• 第三章 现有MPKC签名方案的改进方法介绍29-34
• 3.1 减小公钥的方法Cyclic Sequence & Linear Recurring Sequence29-31
• 3.2 减小私钥的方法Martix-based Rainbow31-33
• 3.3 本章小结33-34
• 第四章 类UOV签名算法密钥优化方案34-52
• 4.1 UOV签名方案介绍34-35
• 4.2 类UOV签名算法构造35-41
• 4.2.1 类UOV签名算法 138-40
• 4.2.2 类UOV签名算法 240-41
• 4.3 类UOV签名算法的整体描述41-42
• 4.3.1 密钥生成41
• 4.3.2 签名过程41-42
• 4.3.3 签名验证42
• 4.3.4 类UOV签名算法的参数表达42
• 4.4 类UOV算法密钥大小42-44
• 4.4.1 类UOV签名算法 142-43
• 4.4.2 类UOV签名算法 243-44
• 4.4.3 普通UOV签名算法44
• 4.5 类UOV签名算法签名过程及其效率44-46
• 4.6 类UOV签名算法的安全分析46-47
• 4.6.1 直接攻击和UOV协调攻击46-47
• 4.6.2 Kipnis-Shamir攻击47
• 4.7 算法实例47-51
• 4.8 本章小结51-52
• 第五章 类UOV算法在嵌入式系统中的实现52-69
• 5.1 平台介绍52-56
• 5.1.1 嵌入式开发板介绍52
• 5.1.2 系统移植52-54
• 5.1.3 开发arm-Linux程序系统介绍54-55
• 5.1.4 交叉编译55
• 5.1.5 Makefile文件55-56
• 5.2 类UOV签名算法的实现56-63
• 5.2.1 算法实现设计56-57
• 5.2.2 算法实现语言57-58
• 5.2.3 算法具体实现58-62
• 5.2.4 算法PC平台仿真实验62-63
• 5.3 类UOV签名算法在嵌入式系统的运行测试63-68
• 5.3.1 类UOV签名算法参数选择63-64
• 5.3.2 不同参数下密钥大小对比与分析64-66
• 5.3.3 不同平台下算法效率对比66-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 总结69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果75-76
• 致谢76-77
• 附件77

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本文编号：971434