JPH0659626A - ディジタル署名方式 - Google Patents

ディジタル署名方式

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JPH0659626A
JPH0659626A JP4215809A JP21580992A JPH0659626A JP H0659626 A JPH0659626 A JP H0659626A JP 4215809 A JP4215809 A JP 4215809A JP 21580992 A JP21580992 A JP 21580992A JP H0659626 A JPH0659626 A JP H0659626A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い安全性を保持し、通信量を削減できる。 【構成】 署名者Aは素数p,q(qはp−1の因数の
1つ)と乱数r(2以上p−1以下)とからrq mod
pを計算し、1となるqを2つ見つけてg1 ,g2
し、これらと乱数s1,s2とからv=g1 -s1 ・g2
-s2 mod pを計算し、p,q,g1 ,g2 ,t,v
(tは安全性の度合いを示すパラメータ)を公開し、s
1,s2を自分の秘密鍵とする。Aは文書Mに対する署
名を行うには、乱数r1,r2を発生し、x=g1 r1
2 r2 mod pを計算し、ハッシュ関数演算器11
0でe=h(x,M)を計算し、秘密鍵s1,s2を用
い、y1=r1+e・s1 mod q、y2=r2+
e・s2 mod qを計算し、署名(e,y1,y
2)とMを検証者Bへ送る。Bはw=g1 y1・g2 y2
e mod pを計算し、w=xかを判定し、成立すれ
ば合格とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は電子文書の正当性を確
認するディジタル署名方式に関し、特に安全性が高くか
つ通信量を削減できる、効率のよいディジタル署名方式
を提案するものである。
【0002】
【従来の技術】従来提案されているディジタル署名方式
としてFiat−Shamir方式がある(Fiat,
A.and Shamir,A:“How to pr
oveyourself:practical sol
utions to identification
and signature problems”,P
roceedings of Crypto 86,S
anta Barbara,August 1986,
pp.18−1−18−7)。Fiat−Shamir
の署名方式は、以下の通りである。
【0003】信頼できるセンタが、個人識別情報として
IDを用いる利用者に対して、次の手順でk個の秘密情
報sj (1≦j≦k)を生成する(kは安全性を定める
パラメータであり1以上の値)。 ステップ1:一方向性関数fを用いて次式を計算する。 vj =f(ID,j) (1≦j≦k) ステップ2:各vj に対してNの素因数PとQを用いて
次式を計算する。
【0004】sj =√1/vj (mod N) すなわち、sj 2 =1/vj (mod N)となる。 ステップ3:利用者に対してk個のsj を秘密に発行
し、合成数Nを公開する。(mod N)における平方
根の計算は、Nの素因数(PとQ)が分かっているとき
のみ実行できる。その方法は、例えばRabin,M.
O.:“Digitalized Signature
s and Public−Key Function
s as Intractable as Facto
rization”,Tech.Rep.MIT/LC
S/TR−212 MIT Lab.Comput.S
ci.1979に示されている。平方根の計算装置の具
体的な構成例は、公開鍵暗号システム(特願昭61−1
69350)に示されている。
【0005】署名者Aは、文書Mのディジタル署名を次
の手順で作成する。 ・乱数ri を生成して次式を計算する。 xi =ri 2 (mod N) ・一方向ハッシュ関数hを用いて、(ei1,…,eik
=h(M,xi )を生成する(i=1,…,t)。
【0006】・署名文yi (i=1,…,t)を次式を
計算して生成する。 yi =ri Πsj (mod N) Πはeijについて
j=1 からkまで署名者Aは、Mと自分のIDとともにM
に対する署名(yi ,ei1,…,eik)(i=1,…,
t)を検証者Bに送付する。検証者Bは以下の手順で署
名の検証を行う。
【0007】・vj =f(ID,j)(1≦j≦k)を
計算する。 ・xi =yi 2 Πvj (mod N)を計算する。Πは
ijについてj=1からkまで (ei1,…,eik)=h(M,xi ) が満足されるかどうかを検証し、満足されていれば合格
とする。
【0008】このとき、偽の署名者が署名検証に合格す
るような署名を作成できる確率は1/2ktである。ここ
で、kは利用者が秘密に管理する秘密情報(sj )の個
数であり、tは署名のサイズを定めている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、Fiat−S
hamir方式では、Nのサイズを512ビットとする
と、署名のビット数は、(512×t+k×t)ビット
であり、保持する秘密鍵サイズが512×kビットとな
る。従って、安全性を確保するにはある程度の大きさの
kとtを選ぶ必要があるので、署名サイズを小さくする
(tを小さくする)と、秘密鍵サイズが大きくなり、秘
密鍵サイズを小さくする(kを小さくする)と、署名サ
イズが大きくなる。
【0010】このようにFiat−Shamir方式
は、署名サイズと秘密鍵サイズを同時に小さくできない
ことが問題である。この発明の目的は、署名サイズと秘
密鍵サイズを同時に少なくできるディジタル署名方式を
提案することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明によれば
利用者(被認証者)は、秘密鍵s1,s2を生成し、そ
の秘密鍵より、公開情報である整数a,k,nを用い
て、nを法とする剰余べき乗演算、剰余乗算により、公
開鍵vを生成・登録し、署名作成処理段階において、文
書Mに対して署名を作成したい署名者は、乱数r1,r
2を生成し、それとa,k,nより、nを法とする剰余
べき乗演算、剰余乗算を用いてxを計算して、xと文書
Mを一方向ハッシュ関数に入力してeを計算し、上記r
1,r2、上記秘密鍵(s1,s2)よりkを法とする
剰余演算及びnを法とする剰余演算を用いて、それぞれ
y1,y2を計算し、(e,y1,y2)をMに対する
署名としてMと共に検証者に送信し、これら(e,y
1,y2),Mを受信した検証者は、上記署名者の識別
情報IDに基づき管理簿より公開情報a,k,n及び公
開鍵vを検索し、これらa,k,n,vと上記受信した
e,y1,y2とよりnを法とする剰余べき乗演算、剰
余乗算を行ってwを求め、そのwと上記Mとを一方向ハ
ッシュ関数に入力し、その結果が上記eと一致するかど
うかを検証し、その検証に合格すれば正当な署名文書と
みなすことにより署名文書の正当性を確認する。
【0012】請求項2の発明によれば利用者(署名者)
は、秘密鍵s1,s2を生成し、その秘密鍵より、公開
情報である素数p及び整数g1 ,g2 を用いて、pを法
とする剰余べき乗演算、剰余乗算により、公開鍵vを生
成し、p,g1 ,g2 ,vを公開し、署名作成処理段階
において文書Mに対して署名を作成したい署名者は、乱
数r1,r2を生成し、それとp,g1 ,g2 より、p
を法とする剰余べき乗演算、剰余乗算を用いてxを計算
し、そのxと文書Mを一方向ハッシュ関数に入力してe
を計算し、上記r1,r2、上記秘密鍵(s1,s
2),eより剰余演算を用いて、y1,y2を計算し、
(e,y1,y2)をMに対する署名としてMと共に検
証者に送信し、(e,y1,y2)を受信した上記検証
者は、上記署名者の識別情報IDに基づき管理簿より公
開情報p,g1 ,g2 及び公開鍵vを検索し、これら
p,g1,g2 ,vと上記受信したe,y1,y2とよ
りpを法とする剰余べき乗演算、剰余乗算を行ってwを
求め、そのwと上記Mとを一方向ハッシュ関数に入力
し、その結果が上記eと一致するかどうかを検証し、そ
の検証に合格すれば正当な署名文書とみなすことにより
署名文書の正当性を確認することを特徴とするディジタ
ル署名方式。
【0013】Fiat−Shamir方式が合成数を法
とする“2次”剰余演算式を複数回(kt)回重ね合わ
せて実現するのに対し、請求項1の発明の方式は、合成
数を法とする“高次”剰余演算式を基本部分で2回だけ
利用して実現する。安全性のレベルは、Fiat−Sh
amir方式での重ね合わせ回数(kt回)とこの発明
方式での次数(k)のサイズ(ビット数)が同じであれ
ば、同等である。この安全性の証明は、発明者の論文
(“Provably Secure andPrac
tical Identification Sche
mes andCorresponding Sign
ature Schemes,”toappear i
n the Proceedings of Cryp
to’92,LNCS,Springer−Verla
g)に示されている。なお、この発明方式の安全性は、
法の合成数の素因数分解の困難さに依存する(Fiat
−Shamir方式も同じく、法の合成数の素因数分解
の困難さに依存する)。
【0014】また、請求項2の発明の方式は、“素数”
を法とする“高次”剰余演算式を基本部分で2回だけ利
用して実現する。安全性のレベルは、Fiat−Sha
mirの方式での重ね合わせ回数(kt回)と本方式で
の次数(e)のサイズ(ビット数)が同じであれば、同
等である。この安全性の証明は、発明者の前記論文に示
されている。
【0015】なお、この発明方式の安全性は、素数を法
とする離散対数問題の困難さに依存する。Fiat−S
hamir法が署名作成/検証処理においてeij(1ビ
ット)に、対応する処理を数多く繰り返した形を基本に
構成するため、署名サイズもしくは秘密鍵サイズが大き
くなるのに対し、本発明では数100ビットのeに対応
する1回の処理を基本に構成するため、署名サイズと秘
密鍵サイズを同時に少なくすることができる。
【0016】
【実施例】請求項1の発明の一実施例について説明す
る。図1にこの発明の全体構成を示す。ディジタル署名
を作成する利用者(署名者)装置100と、署名を検証
する検証者装置200とが安全でない通信路300を介
して結合されているとする。
【0017】まず、システムに加入した利用者は、シス
テム加入時に利用者装置100が基本的に一度だけ行う
初期情報設定段階において、図2に示す手順で、公開鍵
と秘密鍵を生成し、公開鍵を利用者の識別情報IDと対
にして、公開鍵管理簿400もしくは検証者装置200
に登録する。まず、素数生成器101を用いて、2つの
素数p,qを定めた後、乗算器110を用いてn=pq
を計算し、1以上n−1以下の整数a及び、安全係数k
を定める。次に、乱数生成器102を用いて、0以上k
−1以下の乱数s1を生成し、さらに1以上n−1以下
の整数s2を生成し、剰余べき乗演算器105と剰余乗
算器104を用いて次の計算をする。
【0018】v=a-s1 ・s2-k mod n 利用者は(a,k,n,v)を公開鍵として公開し、
(s1,s2)を自分の秘密鍵として保持する。なお、
公開鍵の中で、v以外はシステムが利用者共通の値とし
て定めても良い。次に、利用者が文書Mに対するディジ
タル署名を作成する手順について説明する。以下ではそ
の利用者を署名作成者と呼び、署名者装置100で署名
作成を行う。図3にその処理手順を示す。・署名作成者
は乱数生成器102を用いて乱数r1,r2を生成し、
剰余乗算器104と剰余べき乗演算器105を用いて次
式を計算する。
【0019】x=ar1・r2k mod n ・一方向性ハッシュ関数演算器107を用いて、xと文
書Mについてe=h(x,M)を計算する(ここで、e
の値は、0以上(k−1)以下である)。 ・メモリ109より自分の秘密鍵(s1,s2)を取り
出し、そのs1と、r1,e,kから剰余乗算器108
と剰余加算器106を用いて次式を計算する。
【0020】y1=r1+e・s1 mod k また乗算器110でe・s1を求め、それにr1を加算
器111で加算し、その加算結果を除算器112におい
てkで割算し、その割算結果の小数点以下を切り捨て演
算器113で切り捨て、その結果とe,s2,a,nか
ら剰余べき乗演算器114と剰余演算器115を用いて
次式を計算する。
【0021】 y2=a[(r1+e・s1)/k ] ・r2・s2e mod n [ ]は小数点以下の切り捨て演算を意味する。(e,
y1,y2)を文書Mに対するディジタル署名とし、こ
れとMを検証者へ送る。次に、検証者装置200が署名
者装置100により作成された文書Mに対するディジタ
ル署名(e,y1,y2)を検証する手順について説明
する。図4に署名検証手順を示す。検証者はa,k,
n,vと受信したe,y1,y2から、剰余乗算器20
4と剰余べき乗演算器205を用いて、w=ay1・y2
k ・ve mod nを計算し、そのwと受信したMにつ
いて一方向ハッシュ関数演算器210を用いてz=h
(w,M)を計算し、その結果のzと受信したeとが一
致するかどうかを比較器208を用いて検査し、一致す
れば合格と判定し、不一致ならば不合格とする。
【0022】次に請求項2の発明の実施例を説明する。
システムに加入した利用者は、システム加入時に局が基
本的に一度だけ行う初期情報設定段階において、図5に
示す手順で、公開鍵と秘密鍵を生成し、公開鍵を利用者
の識別情報IDと対にして、公開鍵管理簿400もしく
は検証者装置200に登録する。まず、素数生成器10
1を用いて、2つの素数p,qを定める。ここで、q
は、p−1の因数の1つとなっているように選ぶ(つま
り、qはp−1を割り切る)。次に、乱数生成器102
を用いて、2以上p−1以下の乱数rを生成し、それを
p,qと共に位数判定器103に入力し、位数がqのも
のを2つ見つけてg1 ,g2 とする。ここで、位数判定
器103ではrq mod pを計算し、その値が1なら
ば位数がqと判定する。次に、乱数生成器116を用い
て、0以上q−1以下の2つの乱数s1,s2を生成
し、それより、剰余乗算器104と剰余べき乗演算器1
05を用いて、v=g1 -s1 ・g2 -s2 mod pを計
算する。
【0023】さらに、安全性の度合いを示すパラメータ
tを定める(不正に署名を偽造する成功確率が1/2t
となる)。利用者は、(p,q,g1 ,g2 ,t,v)
を公開鍵として公開し、(s1,s2)を自分の秘密鍵
として保持する。なお、公開鍵の中で、v以外は、シス
テムが利用者共通の値として定めても良い。次に、署名
作成者が署名者装置100を利用して文書Mに対するデ
ィジタル署名を作成する手順について図6を参照して説
明する。 ・署名者は乱数生成器102を用いて、乱数r1,r2
を生成し、これら乱数r1,r2と公開鍵g1 ,g2
pとから剰余乗算器104と剰余べき乗演算器105を
用いて次式を計算する。
【0024】x=g1 r1・g2 r2 mod p ・一方向性ハッシュ関数演算器110を用いて、xと文
書Mからe=h(x,M)を計算する。 ・メモリ109より自分の秘密鍵(s1,s2)を取り
出し、それとr1,r2,e,qとから、剰余乗算器1
08と剰余加算器106を用いて次式を計算する。
【0025】y1=r1+e・s1 mod q,y2
=r2+e・s2 mod q(e,y1,y2)をM
に対するディジタル署名とし、(e,y1,y2)とM
を検証者へ送る。次に、検証者装置200により、署名
者装置100により作成された文書Mに対するディジタ
ル署名(e,y1,y2)を検証する手順について図7
を参照して説明する。
【0026】検証者は署名者の公開鍵(p,q,g1
2 ,t,v)を公開鍵管理簿400より検索し、これ
らp,g1 ,g2 ,vと受信した署名y1,y2,eを
用いて、剰余乗算器204と剰余べき乗演算器205を
用いて次式を計算する。 w=g1 y1・g2 y2・ve mod p そのwと受信した文書Mについて一方向ハッシュ関数演
算器210を用いて次式を計算する。
【0027】z=h(w,M) この計算結果のzがeと一致するかどうかを比較器20
8を用いて検査し、一致すれば合格と判定し、不一致な
らば不合格とする。上述において剰余乗算器104,1
08,115は1個で共用してもよい。同様に剰余べき
乗演算器105,114、また乱数生成器102,11
6にそれぞれ1個を共用してもよい。
【0028】
【発明の効果】Fiat−Shamir方式では、Nの
サイズを512ビットとすると、署名のビット数は(5
12×t+k×t)ビットであり、保持する秘密鍵サイ
ズが512×kビットとなる。従って、Fiat−Sh
amir法のパラメータをk=128、t=1とすると
署名サイズは640ビット、秘密鍵サイズは65536
ビットとなる。また、k=1、t=128の場合、署名
サイズは81920ビット、秘密鍵サイズは512ビッ
トとなる。
【0029】一方、請求項1の発明において、Fiat
−Shamir法のパラメータと同等の安全性のパラメ
ータとして、nのサイズを512ビット、kのサイズを
128ビット、eのサイズを128ビットとすると、署
名サイズは、128×2+512=768ビットであ
り、秘密鍵サイズが128+512=640ビットとな
る。
【0030】同様に請求項2の発明において、pのサイ
ズを512ビット、qのサイズを140ビット、eのサ
イズを128ビットとすると、署名サイズは、140×
2+128=408ビットであり、秘密鍵サイズが14
0×2=280ビットとなる。まとめると以下のように
なる。
【0031】 署名サイズ(ビット) 秘密鍵サイズ(ビット) Fiat-Shamir 法(k=128,t=1) 640 65536 Fiat-Shamir 法(k=1,t=128) 81920 512 請求項1の発明 768 640 請求項2の発明 408 280 したがって、請求項1の発明の署名サイズは、Fiat
−Shamir法(k=1,t=128)より10倍以
上改善されており、秘密鍵サイズは、Fiat−Sha
mir法(k=128,t=1)より10倍以上改善さ
れ、請求項2の発明の署名サイズは、Fiat−Sha
mir法(k=1,t=128)より20倍以上改善さ
れており、秘密鍵サイズは、Fiat−Shamir法
(k=128,t=1)より20倍以上改善されている
ことが分かる。従ってこの発明によれば安全性を高く保
持し、かつ通信量を削減でき、効率がよいものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明が適用されるシステムを示すブロック
図。
【図2】請求項1の発明の実施例における署名者装置1
00の初期情報設定段階の処理を示すブロック図。
【図3】請求項1の発明の実施例における署名者装置1
00の署名作成処理を示すブロック図。
【図4】請求項1の発明の実施例における検証者装置2
00の署名検証処理を示すブロック図。
【図5】請求項2の発明の実施例における署名者装置1
00の初期情報設定段階の処理を示すブロック図。
【図6】請求項2の発明の実施例における署名者装置1
00の署名作成処理を示すブロック図。
【図7】請求項2の発明の実施例における検証者装置2
00の署名検証処理を示すブロック図。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電子的に作成したディジタル文書の正当
    性及び承認者を確認するためのディジタル署名を実現す
    る方式であって、システム加入時に利用者(署名者)
    は、秘密鍵s1,s2を生成し、その秘密鍵より、公開
    情報である整数a,k,nを用いて、nを法とする剰余
    べき乗演算、剰余乗算により、公開鍵vを生成し、上記
    署名者の識別情報IDと上記a,k,n,vを対として
    管理簿に登録し、 署名作成処理段階において、文書Mに対して署名を作成
    したい署名者は、乱数r1,r2を生成し、それと上記
    a,k,nより、nを法とする剰余べき乗演算、剰余乗
    算を用いてxを計算して、xと文書Mを一方向ハッシュ
    関数に入力してeを計算し、 上記r1,r2、上記秘密鍵(s1,s2)より上記k
    を法とする剰余演算及び上記nを法とする剰余演算を用
    いて、それぞれy1,y2を計算し、上記(e,y1,
    y2)の組を上記文書Mに対する署名として文書Mを共
    に検証者に送信し、 上記(e,y1,y2),文書Mを受信した検証者は、
    上記署名者の識別情報IDに基づき上記管理簿より上記
    公開情報a,k,n及び上記公開鍵vを検索し、これら
    a,k,n,vと上記受信したe,y1,y2とよりn
    を法とする剰余べき乗演算、剰余乗算を行ってwを求
    め、そのwと上記文書Mとを一方向ハッシュ関数に入力
    し、その結果が上記eと一致するかどうかを検証し、 一致すれば正当な署名文書とみなすことにより署名文書
    の正当性を確認することを特徴とするディジタル署名方
    式。
  2. 【請求項2】 電子的に作成したディジタル文書の正当
    性及び承認者を確認するためのディジタル署名を実現す
    るシステムであって、システム加入時に利用者(署名
    者)は、秘密鍵s1,s2を生成し、その秘密鍵より、
    公開情報である素数p及び整数g1 ,g2 を用いて、p
    を法とする剰余べき乗演算、剰余乗算により、公開鍵v
    を生成し、上記署名者の識別情報IDと上記p,g1
    2 , vを対にして管理簿に登録し、 署名作成処理段階において文書Mに対して署名を作成し
    たい署名者は、乱数r1,r2を生成し、それと上記
    p,g1 ,g2 より、上記pを法とする剰余べき乗演
    算、剰余乗算を用いてxを計算し、そのxと文書Mを一
    方向ハッシュ関数に入力してeを計算し、 上記r1,r2、上記秘密鍵(s1,s2)、eより剰
    余演算を用いて、y1,y2を計算し、上記(e,y
    1,y2)の組を上記文書Mに対する署名として上記文
    書Mと共に検証者に送信し、 上記(e,y1,y2)を受信した上記検証者は、上記
    署名者の識別情報IDに基づき上記管理簿より公開情報
    p,g1 ,g2 及び公開鍵vを検索し、これらp,
    1 ,g2 ,vと上記受信したe,y1,y2とよりp
    を法とする剰余べき乗演算、剰余乗算を行ってwを求
    め、そのwと上記文書Mとを一方向ハッシュ関数に入力
    し、その結果が上記eと一致するかどうかを検証し、 一致すれば正当な署名文書とみなすことにより署名文書
    の正当性を確認することを特徴とするディジタル署名方
    式。
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JP2008124988A (ja) * 2006-11-15 2008-05-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 公開鍵暗号方法、暗号化装置、復号化装置、公開鍵暗号システム、プログラムおよび記録媒体

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