【摘要】：電子現(xiàn)金(Electronic Cash, E-cash)是一種以數(shù)據(jù)形式流通的貨幣。與傳統(tǒng)現(xiàn)金相比,電子現(xiàn)金不僅具有數(shù)字化的表示和存儲形式,而且具有匿名性,不可偽造性和離線性等特性,能夠滿足人們通過網(wǎng)絡(luò)方便快捷地進(jìn)行交易的需求。電子現(xiàn)金目前已成為世界各國學(xué)者的研究熱點(diǎn),盡管電子現(xiàn)金具有許多優(yōu)點(diǎn)與特性,但是仍然有一些關(guān)鍵性的技術(shù)問題亟待研究�，F(xiàn)有的電子現(xiàn)金系統(tǒng)主要存在以下局限與不足：(1)安全性較弱,系統(tǒng)的安全性往往依賴于隨機(jī)預(yù)言模型；(2)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)不夠完善,例如存在用戶不能動態(tài)加入以及單一銀行負(fù)擔(dān)過重等缺陷；(3)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)雙方交互次數(shù)過多,導(dǎo)致通信代價(jià)過于昂貴,使電子現(xiàn)金系統(tǒng)難以實(shí)際應(yīng)用。本文在對現(xiàn)有電子現(xiàn)金系統(tǒng)進(jìn)行理論研究與分析的基礎(chǔ)上,圍繞上述不足展開研究。為了實(shí)現(xiàn)成員的動態(tài)加入和群簽名的可追蹤性,文中設(shè)計(jì)了一種新型的可追蹤動態(tài)群簽名方案,該方案基于BSZ安全模型,并采用Waters簽名思想,實(shí)現(xiàn)群簽名的匿名性和不可偽造性。在以此群簽名方案為基礎(chǔ)上,構(gòu)建了一種在標(biāo)準(zhǔn)模型下具有CCA匿名性的公平離線電子現(xiàn)金系統(tǒng),并對文中提出的電子現(xiàn)金系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)以及各個(gè)協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)描述,給出了標(biāo)準(zhǔn)模型下嚴(yán)格的安全性證明,證明其具有CCA匿名性、不可偽造性、可追蹤性以及不可重復(fù)花費(fèi)性等性質(zhì)。最后,設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了具有CCA匿名性的公平離線電子現(xiàn)金原型系統(tǒng),該電子現(xiàn)金系統(tǒng)主要包括四個(gè)實(shí)體：中央銀行、地方銀行、顧客和商家。與傳統(tǒng)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)了多銀行結(jié)構(gòu),使得中央銀行不必參與到每次發(fā)行現(xiàn)金中,因而可有效解決傳電子現(xiàn)金系統(tǒng)中的性能瓶頸問題,系統(tǒng)采用Groth-Sahai非交互式零知識證明技術(shù)來實(shí)現(xiàn)協(xié)議之間非交互式的匿名身份認(rèn)證,從而大大提高了現(xiàn)金交易的安全性效率。利用原型系統(tǒng)還對文中所提出的方案的功能進(jìn)行了驗(yàn)證。性能分析表明,與現(xiàn)有同類系統(tǒng)相比,本文所提出的電子現(xiàn)金系統(tǒng)在不損失計(jì)算代價(jià)的前提下,達(dá)到了較高的通信效率。
[Abstract]:Electronic Cash (Electronic Cash, E-cash) is a currency that flows in the form of data. Compared with traditional cash, e-cash not only has the digital representation and storage form, but also has the characteristics of anonymity, non-forgery and off-linearity, which can meet the needs of people to trade easily and quickly through the network. E-cash has become the research hotspot of scholars all over the world. Although e-cash has many advantages and characteristics, there are still some key technical problems that need to be studied urgently. The existing e-cash systems mainly have the following limitations and shortcomings: (1) the security of the system is weak, and the security of the system often depends on the random prediction model; (2) the functional design of the system is not perfect, for example, the users can not join the system dynamically and the single bank is overburdened; (3) there are too many interactions between the two sides when the system runs, which leads to the high cost of communication, which makes the electronic cash system difficult to be applied in practice. Based on the theoretical research and analysis of the existing electronic cash system, this paper focuses on the above-mentioned deficiencies. In order to realize dynamic join of members and traceability of group signature, a novel traceable dynamic group signature scheme is designed in this paper. This scheme is based on BSZ security model and adopts the idea of Waters signature. Implement the anonymity and non-forgery of group signature. Based on this group signature scheme, a fair off-line e-cash system with CCA anonymity under the standard model is constructed, and the architecture and protocols of the proposed e-cash system are described in detail. The strict security proof under the standard model is given. It is proved that it has the properties of CCA anonymity, non-forgery, traceability and non-repeatability. Finally, a fair offline e-cash prototype system with CCA anonymity is designed and implemented. The e-cash system consists of four entities: central bank, local bank, customer and merchant. Compared with the traditional e-cash system, this system realizes the multi-bank structure in the design, so that the central bank does not have to participate in every cash issue, so it can effectively solve the bottleneck problem of the performance in the e-cash transfer system. The system uses Groth-Sahai non-interactive zero-knowledge proof technology to realize non-interactive anonymous identity authentication between protocols, which greatly improves the security efficiency of cash transactions. The function of the proposed scheme is verified by the prototype system. The performance analysis shows that the electronic cash system proposed in this paper achieves higher communication efficiency without losing the computational cost compared with the existing similar systems.
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：F832.2;TP309

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本文編號：2439208