[发明专利]无双线性配对多消息多接收者签密方法、物联网通信系统

说明书

本发明属于物联网通信技术领域，公开了一种可公开验证的无双线性配对多消息多接收者签密方法、物联网通信系统，密钥生成中心KGC和私钥生成中心PKG分别进行初始化；处于基于身份加密系统下的发送者和无证书加密系统下的接收者分别进行注册；发送者ID_s选择n个接收者，构造签密密文，将密文进行广播，完成签密；根据签密密文中元素计算得到验证参数，然后验证是否成立；接收者计算解密密钥，对比查找属于自己的密文消息并解密获得明文消息，完成解密过程。由于发送者属于基于身份加密系统，接收者属于无证书加密系统，实现了异构环境的安全认证通信，同时减少了基于椭圆曲线的数乘操作数量，并采用了公开验证方法，大大提高了签密过程和解签密过程的效率。

技术领域

本发明属于物联网通信技术领域，尤其涉及一种可公开验证的无双线性配对多消息多接收者签密方法、物联网通信系统。

背景技术

目前，最接近的现有技术：在物联网环境(如车联网、智能电网等)下，为了保护通信系统的个性化定制，安全性和效率，以及确保会话内容仅被指定的授权接收者正确解密，而非指定授权接收者无法正确解密，需要安全多消息多接收者技术来支持。

目前，签密技术(Signcryption)能实现在一个逻辑步骤中完成加密和签名，效率远远高于“签名+加密”的传统方法。现有的多消息多接收者签密方法，能实现一次加密多个不同的消息给不同的接收者，可以实现灵活的个性化定制消息发送。对于物联网环境来说，大部分的设备都是资源有限的，而且是跨不同的加密系统的，因此我们急需一种安全的方法，来实现物联网中不同加密系统下的设备之间高效的多消息多接收者通信。

现有的技术方法，如文献1“Efficient and anonymous certificateless multi-message and multi-receiver signcryption scheme based on ecc(IEEE Access，2019)”仅仅使用椭圆曲线下的数乘操作就可以完成签密，效率比较高，但其缺陷在于并没有考虑物联网环境的异构性，从而无法适用于实际异构的物联网环境。物联网环境的异构性对传统的安全多消息多接收者技术是一个新的挑战，其效率的提高是一个亟待解决的技术问题。

如文献2“Heterogeneous hybrid signcryption formulti-message and multi-receiver(Plos One，2017)”公开了一种异构环境下匿名安全的基于双线性配对的多消息多接收者签密方法。该方法采用了两个加密系统下的两个可信第三方来共同完成异构物联网的身份授权认证通信。虽然该方法实现了异构加密系统的通信，但在其加密过程和解密过程中均使用了多次双线性配对的操作，计算复杂性过高，使得算法效率过低，并不适合物联网环境；此外，该方案中每次通信都需要对每一个授权接收者进行签名，增加了额外的计算操作，发送的消息占据的带宽很大，限制了方案在低带宽环境下的应用；再者，该方法没有考虑公开的验证性，不能灵活的提高接收者的效率和适应物联网环境。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)不同的物联网设备处于不同的加密系统之中，如何高效完成异构物联网设备相互之间的身份认证是一个技术难题。

(2)许多高效的签密方法没有考虑物联网的异构性，以及异构物联网下的多消息多接收者签密方法的通信效率很低，因此如何在保证安全的前提下提高异构物联网下的签密效率是一个技术难题。

(3)在现有的多消息多接收者签密方法中，如何实现安全的公开验证，保证通信安全性和隐私性也是一个技术难题。

解决上述技术问题的难度：(1)物联网异构设备的授权和身份认证，是异构物联网技术落地困难的一个重要原因；(2)主要在于异构物联网下不同加密系统之间的保证安全的签密方法效率不高的问题，这也是物联网通信中需要解决的难题。(3)如何在异构的环境下提供安全可靠的公开验证方法，提高通信环境的灵活度，也是一个重要问题。