[发明专利]一种离线电子货币支付的安全运行方法

摘要

本发明公开了一种离线电子货币支付的安全运行方法，属于网络安全技术领域。本发明包括银行服务器初始化系统参数，用户端与银行服务器交互建立账户；用户端用零知识证明协议证明身份并取款；在交易时，收款和付款用户端再次利用零知识证明协议在隐私保护的方式下完成支付过程；在收款用户端得到电子货币证据后，通过随机化协议匿名与银行服务器交互，兑换电子货币或将货币存入银行。本发明适用于网络信号弱的移动电子商务环境中，具有保护付款和收款双方用户的隐私，满足收款用户对电子货币的自由支配、完美模拟现实货币的优点，实现了隐私性、平衡性和无法脱罪性，保障了电子商务支付的安全性。

主权项

一种离线电子货币支付的安全运行方法，包括银行服务器和用户端，其特征在于，包括下列步骤：步骤a.银行服务器初始化系统参数：选择安全参数k，基于安全参数k选择大素数p，设置p阶有限域上的p阶加法循环群G1、GT，从群G1中选择生成元g、g0、g1、h、h0、h1、h2从群GT中选择一个随机数记为HT，设置双线性对为从群G1到群GT的映射并基于生成元g和h计算两个双线性映射值和从模p的加法循环群Zp中选择随机数α、β作为私钥，并计算得到公钥W＝gα，X＝gβ，设置两个抗碰撞哈希函数H1和H2，其中H1为从0和1组成的比特序列集映射到群GT，H2为从0和1组成的比特序列集映射到群Zp；步骤b.账户建立：步骤b1：用户端从群Zp中选择用户端主密钥u和随机数s′，生成用户端的身份标识U＝Gu和承诺密钥用户端运行零知识证明协议PK1生成PK1承诺值，其中零知识证明协议PK1的陈述为：符号“^”表示逻辑与；用户端将身份标识U、承诺密钥C和PK1承诺值发送给银行服务器；步骤b2：银行服务器生成PK1挑战值并发送给用户端；步骤b3：用户端生成PK1响应值并发送给银行服务器；步骤b4：银行服务器验证零知识证明协议PK1是否有效，若否，则拒绝开户；否则，存储用户端的身份标识U，并从群Zp中选择随机数s″和e，根据公式计算得到参数A，并将A、e、s″发送给用户端；步骤b5：用户端存储账户(A,e,s,u)，其中参数s＝s′+s″；步骤c.用户取款：步骤c1：用户端从群Zp中选择随机数t′和v′，生成取款承诺用户端运行零知识证明协议PK2生成PK2承诺值，其中零知识证明协议PK2的陈述为：用户端将取款承诺C′和PK2承诺值发送给银行服务器；步骤c2：银行服务器生成PK2挑战值并发送给用户端；步骤c3：用户端生成PK2响应值并发送给银行服务器；步骤c4：银行服务器验证零知识证明协议PK2是否有效和确认身份标识U是否为当前用户端的身份标识，若否，则拒绝取款；若是，则从群Zp中选择随机数t″、f和v″，根据公式计算得到参数B，并将B、f、t″、v″发送给用户端；步骤c5：用户端存储电子货币(B,f,t,v)，其中参数t＝t′+t″，v＝v′+v″；步骤d.付款人支付收款人电子货币：步骤d1：收款用户端生成交易信息INFO，所述交易信息INFO包含支付金额、支付时间、支付理由，选择随机数作为交易时间戳N，基于交易信息INFO和交易时间戳N生成交易标识符收款用户端运行零知识证明协议PK3生成PK3承诺值，其中零知识证明协议PK3的陈述为：其中账户(A*,e*,s*,u*)中的各参数对应步骤b5中的A、e、s、u，上标“*”用于标识账户(A*,e*,s*,u*)的拥有用户端为收款用户端，符号“||”表示追加操作；收款用户端将交易标识符M、交易时间戳N和PK3承诺值发送给付款用户端；步骤d2：付款用户端生成PK3挑战值并发送给收款用户端；步骤d3：收款用户端生成PK3响应值并发送给付款用户端；步骤d4：付款用户端验证零知识证明协议PK3是否有效，若否，则拒绝支付；否则，计算交易信息哈希值R＝H2(INFO||N||M)和电子货币编号S＝Hv；付款用户端运行零知识证明协议SPK生成SPK承诺值，其中零知识证明协议SPK的陈述为：付款用户端基于SPK的承诺值生成SPK挑战值，并基于所述SPK挑战值生成SPK响应值；付款用户端将交易信息哈希值R、电子货币编号S和SPK响应值、SPK挑战值发送给收款用户端；步骤d5：收款用户端验证零知识证明协议SPK是否有效，若否，则拒绝并终止交易；否则，存储电子货币证据(SPK,S,INFO,N,M)，其中参数SPK为SPK响应值和SPK挑战值；步骤e.用户兑换电子货币：步骤e1：用户端运行零知识证明协议PK3生成PK3承诺值，并将电子货币证据(SPK,S,INFO,N,M)和PK3承诺值发送给银行服务器；步骤e2：银行服务器生成PK3挑战值并发送给用户端；步骤e3：用户端生成PK3响应值并发送给银行服务器；步骤e4：银行服务器验证零知识证明协议PK3是否有效和基于电子货币证据中的SPK响应值、SPK挑战值验证零知识证明协议SPK是否有效，若否，则拒绝兑换；若是，则计算交易信息哈希值R＝H2(INFO||N||M)，验证交易信息哈希值R和时间戳N在本端是否已经存在，若是，则拒绝兑换；否则执行步骤e5；步骤e5：银行服务器提示用户端证明身份标识，并为用户端生成新的电子货币：步骤e5‑1：基于银行服务器的提示信息，用户端从群Zp中选择随机数和生成兑换承诺用户端运行零知识证明协议PK4生成PK4承诺值，其中零知识证明协议PK4的陈述为：用户端将兑换承诺和PK4承诺值发送给银行服务器；步骤e5‑2：银行服务器生成PK4挑战值并发送给用户端；步骤e5‑3：用户端生成PK4响应值并发送给银行服务器；步骤e5‑4：银行服务器验证零知识证明协议PK4是否有效，若否，则拒绝兑换；否则从群Zp中选择随机数和根据公式计算得到参数并将发送给用户端；步骤e5‑5：用户端存储新的电子货币其中参数步骤e6：银行服务器存储电子货币证据(SPK,S,INFO,N,M)；步骤f.用户存款：步骤f1：用户端运行零知识证明协议PK5生成PK5承诺值，其中零知识证明协议PK5的陈述为：用户端将电子货币证据(SPK,S,INFO,N,M)和PK5承诺值发送给银行服务器；步骤f2：银行服务器生成PK5挑战值并发送给用户端；步骤f3：用户端生成PK5响应值并发送给银行服务器；步骤f4：银行服务器验证零知识证明协议PK5是否有效和基于电子货币证据中的SPK响应值、SPK挑战值验证零知识证明协议SPK是否有效，若否，则拒绝兑换；若是，则基于当前电子货币证据(SPK,S,INFO,N,M)计算交易信息哈希值R＝H2(INFO||N||M)，并判断交易信息哈希值R和时间戳N是否在本端已经存在，若是，则拒绝兑换；否则，则接受存款；步骤f5：银行服务器存储电子货币证据(SPK,S,INFO,N,M)。