微信加密的探討

龐天意　武傳勝

基于微信息的業(yè)務(wù)從現(xiàn)有的娛樂應(yīng)用已進入到商務(wù)應(yīng)用、電子政務(wù)和社會服務(wù)等領(lǐng)域。然而在美好景象的背后，存在著不可小視的安全問題。虛假與不良微信息的傳播；侵犯個人隱私；手機病毒的傳播以及垃圾微信的泛濫等。這些都涉及到信息的加密與解密，通信雙方身份的相互認證，信息的完整性鑒別等安全方面的問題。

數(shù)字簽名是通信雙方進行身份認證和防止抵賴必不可少的技術(shù)，現(xiàn)有的大多數(shù)數(shù)字簽名方案都是基于離散對數(shù)問題，但這類簽名方案中都普遍存在著“生日攻擊”問題。由于微信息通信有著自己獨特的特點，以及Tate配對的計算量要比Weil配對幾乎少一半的性質(zhì)，我們選擇了利用橢圓曲線上的Tate配對構(gòu)造了一種新的簽名加密算法，將數(shù)字簽名和加密技術(shù)融為一體，不僅能夠識別發(fā)送信息者的身份和對微信息的保密，還能有效地抵抗“生日攻擊”。在該加密算法中加入了時間標志，可以抵抗重發(fā)密文的攻擊。

一、微信息加密方案

（一）系統(tǒng)參數(shù)的建立（由一個可信中心執(zhí)行）

（二）用戶密鑰的生成

假設(shè)ID表示用戶Alice的身份，可信中心對Alice進行物理鑒定以確信ID具有唯一性后，計算QID=F（ID），dID=sQID，通過安全信道將密鑰dID發(fā)送給Alice，QID為公鑰。

二、微信息加密

手機用戶之間的微信息通信，通常以微信息業(yè)務(wù)服務(wù)商作為媒介。設(shè)手機用戶A和微信息業(yè)務(wù)服務(wù)商B的密鑰對是（dA，QA）和（dB，QB），A將微信息m發(fā)送給B，則手機用戶A依次執(zhí)行如下的加密算法：

三、微信息解密

微信業(yè)務(wù)服務(wù)商B收到（c，y1，t）后，執(zhí)行如下的解密算法：計算△t=tb-t，tb是微信業(yè)務(wù)服務(wù)商B收到微信息的時間，如果△t大于規(guī)定的時間，則拒絕解密，否則進行如下處理：

計算等式T=H（m，S，t）是否成立。當且僅當（3）和（4）兩個等式同時成立時，接受m為手機用戶A發(fā)送的有效微信息。

四、簽名加密算法的安全性分析

（一）雙層加密

該方案采用雙層加密模型，其安全性主要基于橢圓曲線加法群的離散對數(shù)問題。用橢圓曲線加密體制ECC生成對稱密碼體制AES的隨機會話密鑰K，再用AES加密明文m和（r1，r2，S，T）。選擇128比特以上的AES和256比特的ECC；為了更好的掩蓋明文m，使用AES的CFB模式來加密信息。如果攻擊者選擇攻擊密文c，則在現(xiàn)有的技術(shù)條件下直接攻擊128比特的AES是極其困難的；若選擇攻擊密鑰K，則面臨棘手的ECDLP數(shù)學難題；且密鑰K是一次性的密鑰，只使用一次此后不再有效，即使得到密鑰K也沒有多大的實用價值。Hash函數(shù)的多次使用，增強了加密解密的單向性，進一步提高了算法的安全性。

（二）密鑰交換

在該方案中，AES的隨機會話密鑰K只使用一次，以后不再使用。通信雙方可以動態(tài)的交換密鑰K，只有接收方B收到發(fā)送方A的y1后才能恢復(fù)出密鑰K。

由于dBy1=dB（k1G）=k1（dBG）=k1QB=（c1，c2），所以K=L（c1modn）。

（三）簽名驗證

該方案中數(shù)字簽名算法的安全性主要基于有限域上橢圓曲線加法群的ECDLP問題和Tate配對的BDH問題。整個簽名過程是不可偽造的，因為根據(jù)公鑰Q求私鑰d是非常困難的ECDLP問題；根據(jù)ri求隨機數(shù)Pi（i=1，2）是難度很大的BDH問題。

（四）生日攻擊

通過最后兩個等式能解出dA+P1和dA+P2，兩個式子中有三個變量dA，P1和P2，所以無法確定dA，P1和P2中的任何一個。如果使用該方案中的簽名算法簽名m次，則P1，P2重復(fù)出現(xiàn)的概率是p=[1-（Pqm//qm）]2，只有m大約等于q時，概率p才會大于0.5[1]，而q是一個很大的素數(shù)，所以這種情況不可能能存在。兩個隨機數(shù)P1和P2的引入，減少了兩次簽名選用相同隨機數(shù)的概率，增加了生日攻擊的難度，所以本方案可以有效的抵抗生日攻擊。