基于SM2算法的无证书及隐式证书公钥机制

基于SM2算法的无证书及隐式证书公钥机制

详细细节可参考：https://blog.youkuaiyun.com/samsho2/article/details/138483765

概述

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1652795603948747465&wfr=spider&for=pc

非对称密码系统中，如何将用户的身份和密钥对应起来，是一个需要解决的关键问题。目前主流的有三种解决方案：

1. 采用证书机制实现用户的身份和密钥之间的安全对应，一般都采用公钥基础设施（PKI）来实现，需要依赖具有公信力的第三方可信中心实现（CA）。
2. 基于标识的密码技术（Identity-Based Cryptography：IBC）。为了降低公钥系统中密钥管理和使用的复杂性，Shamir在1984年提出了基于标识的密码机制。这种系统中用户的标识可以作为用户的公钥，用户不需要申请和交换证书，而是直接使用标识进行密码运算，从而解决公钥真实性问题，极大地简化了密钥系统管理的复杂性。这类系统中用户的私钥由系统中的一受信任的第三方（密钥生成中心：KGC）使用标识私钥生成算法计算生成。这些标识可以具有任意的格式、属性，可以是常用的用户标识如邮件地址、手机号码、身份证号码；在物联网中可以是设备标识、Handle码、OID等；还可以是数据安全控制策略的形式化编码、生物特征信息、甚至是标识属性集等，特别适合基于标识、基于属性的权限访问控制和数据安全保护。
3. 基于无证书密码体制。该体制的代表有1991年Girault 提出的“隐式证书”密码系统(Implicit Certificate)和Al-Riyami和Paterson在2001年提出的无证书公钥密码体制（AP-CL-PKC）。这种密码体制介于传统PKI和标识密码技术之间。这种机制中用户的私钥由两个秘密因素决定 ：一个是从KGC获取的与用户身份相关的密钥分片，另一部分是由用户自己生成的密钥分片。从一个密钥分片无法计算出另外一个，因此KGC无法计算出用户的私钥。同时，即便攻击者成功的利用自己的公钥替换了用户的公钥，却仍然无法伪造用户的签名。因此这类系统在签名应用中具有无证书管理、系统轻量、通信开销低、具有强不可抵赖性等众多优点，非常适合物联网等领域的身份认证应用。

可以发现，无论哪一种方案，归根到底还是需要可信的信任中心，可信第三方是信任建立的前提条件。

基于SM2算法的无证书及隐式证书公钥机制

整体流程

​​

系统中涉及两个角色，密钥生成中心（Key Generate Center，KGC）和普通用户。

1. KGC：与证书体系中的CA对应，辅助用户生成无证书体系中的密钥，给用户颁发密钥分片，默认可信，且公钥公开。

   1. 公钥：$P_{PUB}$
   2. 私钥：$ms$

2. 用户：基于KGC颁发的密钥分片生成自身的私钥，执行加密、解密、签名、验签功能

   1. 无证书身份公钥：$W_A$
   2. 无证书身份私钥：$d_A$
   3. 身份ID：$I{D}_A$

‍

总结一下KGC辅助用户生成无证书密钥的逻辑（细节不再展示，参考博文里面写的很详细）：

1. KGC模块初始化自身的主公私钥$P_{PUB}$、$ms$，并公开公钥$P_{PUB}$，且默认可信
2. 用户生成临时公私钥${d_A}^{\prime }$、$U_A$
3. 用户将身份信息$I{D}_A$和临时公钥$U_A$提交给KGC
4. KGC生成对应该用户的声明公私钥$W_A$、$w$
5. KGC基于声明的公钥和用户身份信息生成类似于schnorr签名中的“挑战”
6. KGC基于声明的公钥和主私钥生成用户的密钥分片，类似于schnorr签名中的“承诺”
7. 用户收到临时公钥和私钥分片后，生成用户真正的私钥$d_A$和公钥$P_A$
8. 私钥和公钥可以用于后续的加密、解密、签名、验签，基于KGC的主公钥
9. 同时用户身份信息也关联了私钥分片，防止攻击

加密、解密、签名、验签

还想深究一下具体的加密、解密、签名、验签是如何实现的：

加密

加密方使用根据用户的声明公钥$W_A$计算出用户的公钥$P_A$，然后再加密数据，同标准SM2一致。

解密

用户使用自己的私钥$d_A$解密，同标准SM2一致。

签名

在计算摘要的时候加入了无证书密钥生成中心的主公钥$P_{PUB}$和用户无证书声明公钥$W_A$，计算签名的时候使用的是用户的私钥$d_A$。其余步骤同SM2一致。

验签

根据声明公钥和主公钥计算出用户的公钥$P_A$，然后用于验证签名。其余步骤同SM2一致。