基于SIMD指令集的SM2数字签名算法快速实现

SM2数字签名算法是国家密码管理局发布的首个数字签名标准,已广泛应用于网上银行、电子政务等领域.本文提出一种基于高级矢量扩展指令集(advanced vector extension 512,AVX512)的SM2数字签名算法实现方案,有效提升了SM2数字签名算法的性能.结合单指令多数据集(single instruction multiple data,SIMD)运算特性,设计了一种新的冗余基数表示形式与数据排列方式,利用3比特冗余空间减少进位传播的次数,构建高效的并行素域运算模块.进而提出一种可变基点标量乘法的并行优化算法,在算法分支加入虚拟操作,按需存储点加与倍点的计算结果,结合底层数据表示形式消除8路分支的差异性.利用AVX512指令与分步点加方法加速固定基点标量乘法.签名与验签算法的性能比最新的SIMD实现分别提升了196%和69%.

一种针对SM2数字签名算法的攻击方案

SM2数字签名算法是我国商用密码体系的重要组成部分,目前已广泛应用于电子签章等领域.研究SM2数字签名算法潜在的安全风险及相应的防范技术,对于推动我国商用密码体系的安全应用具有重要意义.SM2数字签名算法的安全性基于椭圆曲线离散对数问题的困难性,当前已有一些针对不同椭圆曲线类数字签名算法的攻击研究,但攻击SM2数字签名算法的方案还存在所需签名数量较多、攻击耗时较长、成功率较低的问题.本文针对SM2数字签名算法设计了一组判断函数,基于带判断的格基约减算法,提出了一种针对SM2数字签名算法的侧信道攻击方案,并分别就算法中随机数的最高3比特、最低3比特和中间17比特已知三种情况进行了侧信道攻击实验.实验结果表明,相比现有攻击SM2数字签名算法的方案,本文攻击方案所需签名数量减少了10%,私钥恢复时间减少了86%,成功率提高了2倍.

一种抗弱曲线故障攻击的SM2数字签名算法设计

SM2数字签名算法是中国版的椭圆曲线数字签名算法,尽管该算法的设计在数学理论是安全的,但在算法的具体实现时却容易遭受物理攻击。因此,加强SM2数字签名算法在实现过程中的抗攻击性具有重要意义。本文基于故障感染思想提出了一个针对SM2数字签名算法的抗故障攻击策略,通过改变算法中的标量运算操作,使得算法遭受攻击后故障将在签名过程中扩散,从而破坏攻击者利用错误签名快速检索签名私钥的条件。实验结果表明,此防御策略不仅可以抵御弱曲线故障攻击,还可以防御弱曲线故障和二次故障注入的结合攻击。此外,本文还将椭圆曲线算法中常用点检测抗故障攻击策略和本文提出的故障感染防御策略都在现场可编程逻辑列阵上实现,对两种策略的硬件面积开销、单次签名时间开销进行比较,结果显示,本文提出的策略在硬件性能上比基于点检测的策略更优越。

基于SM2的可截取签名方案

数字签名是公钥密码体制的重要应用部分,可截取数字签名解决了签名的持有者在不与原始签名人交互的情况下,根据自身要求就可以对已签名的数据进行合理的截取操作.将SM2数字签名算法与可截取签名算法相结合,提出一种新的基于椭圆曲线离散对数的可截取签名方案.并在随机预言机模型下对该方案的安全性进行分析,该方案满足不可伪造性、隐私性以及可审计性,即使是不诚实的截取者也无法对签名结果进行抵赖.性能分析表明,该方案通过标量乘法使算法效率得到提升.

基于SM2和奇异值分解(SVD)的指纹水印身份认证算法

身份认证技术是信息系统安全的第一道屏障。为了安全,准确,快速地进行身份认证,提出了一种基于SM2算法和奇异值分解的指纹水印的身份认证算法。该算法提取了指纹中的重要信息,并将其经过SM2数字签名算法加密后嵌入到载体图中。SM2在安全性和加密长度等方面具有很大的优势。奇异值分解可以保证载体图像的质量。通过实验证明,基于SM2和奇异值分解的指纹水印身份认证算法可以有效地对指纹的特征进行特征提取和身份认证,并且为指纹信息的安全性提供了很好的保证。

基于区块链的电子医疗记录安全共享

针对电子医疗记录(EMR)共享面临的数据提供商集权化、患者数据管理显被动、互操作效率低、恶意传播等问题,提出一种基于区块链的电子医疗记录安全共享方法。首先,基于商用密码SM2数字签名算法提出一种更加安全高效的泛指定验证者签名证明(UDVSP)方案;然后,设计具有上传、验证、检索、撤销等功能的智能合约,构造基于区块链的电子医疗记录安全共享系统;最后,通过安全性分析和性能分析论证UDVSP方案和共享系统的可行性。安全性分析结果表明,所设计的UDVSP方案满足可证明安全性。性能评估结果表明,与现有常用的UDVSP/UDVS方案相比,节省至少87.42%的计算开销和93.75%的通信代价。区块链智能合约原型系统的仿真结果进一步论证了共享系统的安全性和高效性。