專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于身份真?zhèn)舞b別的幻方簽名方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于身份真?zhèn)舞b別的幻方簽名方法，特別是指一種由幻方簽名、加密與洗牌方法構(gòu)成的注冊(cè)信息可公開(kāi)的身份雙向動(dòng)態(tài)認(rèn)證方法，以及一種編碼算法與數(shù)據(jù)庫(kù)均可公開(kāi)的幻方數(shù)碼防偽方法。
背景技術(shù)：
身份認(rèn)證是網(wǎng)絡(luò)信息安全系統(tǒng)中的首要環(huán)節(jié)，是電子商務(wù)與電子政務(wù)的基礎(chǔ)。身份認(rèn)證的一般原理是將被驗(yàn)證方所能提供的某些特殊信息或具有某些特殊的計(jì)算能力與驗(yàn)證方所持有的相應(yīng)信息或能力進(jìn)行比較。網(wǎng)絡(luò)身份認(rèn)證的方法有很多，最常用的一種是將用戶帳號(hào)與密碼結(jié)合起來(lái)，先用帳號(hào)識(shí)別“你是誰(shuí)”，再用密碼驗(yàn)證“你確實(shí)是誰(shuí)”。這種身份認(rèn)證方法操作簡(jiǎn)單，但不安全，帳號(hào)和密碼容易被竊取。目前較為安全的身份認(rèn)證方法是采用“一次一密”口令技術(shù)的查詢/應(yīng)答式訪問(wèn)令牌身份認(rèn)證方法。其認(rèn)證原理如下用戶持有某一特殊函數(shù)編程的認(rèn)證卡，認(rèn)證服務(wù)器相應(yīng)保存該特殊函數(shù)的副本。當(dāng)用戶登錄主機(jī)系統(tǒng)時(shí)，主機(jī)詢問(wèn)認(rèn)證服務(wù)器如何驗(yàn)證用戶，認(rèn)證服務(wù)器告知主機(jī)以查詢/應(yīng)答非同步方式驗(yàn)證，并告知此次驗(yàn)證的查詢隨機(jī)數(shù)。主機(jī)將查詢隨機(jī)數(shù)傳給用戶終端，用戶以該隨機(jī)數(shù)作為其特殊函數(shù)的輸入值計(jì)算其響應(yīng)值，并將該響應(yīng)值發(fā)送給主機(jī)。主機(jī)將響應(yīng)值傳回認(rèn)證服務(wù)器，并與根據(jù)同一查詢隨機(jī)數(shù)由特殊函數(shù)的副本計(jì)算出的結(jié)果相比較，如果兩數(shù)相等則可確認(rèn)用戶為合法用戶。認(rèn)證過(guò)程中的特殊函數(shù)一般采用散列函數(shù)或加密算法實(shí)現(xiàn)，如DES算法，每個(gè)用戶具有同一加密算法模塊但其密鑰是唯一的。因此，對(duì)詢問(wèn)隨機(jī)數(shù)的轉(zhuǎn)換過(guò)程即為加密過(guò)程，采用對(duì)稱(chēng)加密算法的查詢/應(yīng)答式訪問(wèn)令牌的安全性與加密密鑰的安全性一樣。盡管DES是一種加密過(guò)程極其復(fù)雜的算法，但由于對(duì)DES密鑰攻擊的窮舉次數(shù)為256＝72,057,594,037,927,936，在當(dāng)今飛速發(fā)展的計(jì)算技術(shù)條件下，較短時(shí)間內(nèi)就可以完成對(duì)DES的窮舉攻擊；另外基于DES內(nèi)部工作的上下文算法，NSA可在3到5分鐘內(nèi)破譯DES。此外，如果掌握了大量的明文與密文，NSA的專(zhuān)家能很容易地得到相關(guān)的密鑰。因此，這種采用DES算法的系統(tǒng)的安全性也難以滿足要求。現(xiàn)代公鑰密碼系統(tǒng)可以較好地解決私鑰密碼系統(tǒng)的一些缺點(diǎn)，如業(yè)務(wù)密鑰的公鑰加密傳輸，其中典型代表就是RSA。但RSA公鑰密碼系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)1)產(chǎn)生密鑰很麻煩，受到素?cái)?shù)產(chǎn)生技術(shù)的限制，因而難以做到一次一密；2)分組長(zhǎng)度太大，為保證安全性，分組長(zhǎng)度至少要在600bits以上，致使運(yùn)算代價(jià)太高，尤其速度較慢，較對(duì)稱(chēng)密碼算法慢幾個(gè)數(shù)量級(jí)；且隨著大數(shù)分解技術(shù)的發(fā)展，這個(gè)長(zhǎng)度還在增加，加密效率還要下降，且不利于數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)化；3)存在針對(duì)RSA的選擇密文攻擊方法與公共模數(shù)攻擊方法；4)公鑰雖然可以公開(kāi)，但容易被人調(diào)換，對(duì)公鑰的確認(rèn)需要復(fù)雜的認(rèn)證系統(tǒng)。更令人擔(dān)心的是，目前人們已能分解140多個(gè)十進(jìn)制位的大整數(shù)。
本申請(qǐng)人的在先專(zhuān)利“幻方身份雙向認(rèn)證與密鑰傳輸一體化方法”中將一個(gè)隨機(jī)幻方均勻隨機(jī)地分割為兩個(gè)互補(bǔ)缺陷矩陣，分別作為注冊(cè)信息與認(rèn)證信息存儲(chǔ)于認(rèn)證服務(wù)器和用戶認(rèn)證卡中，可構(gòu)成一把幻方數(shù)字鎖。認(rèn)證雙方將缺陷矩陣均勻隨機(jī)洗牌后安全傳送至對(duì)方，雙方均以能否恢復(fù)幻方來(lái)確認(rèn)對(duì)方。密鑰元組由一方從幻方中隨機(jī)可重復(fù)地選擇，并將其位置向量傳給對(duì)方，對(duì)方可據(jù)此恢復(fù)密鑰元組。幻方身份雙向認(rèn)證與密鑰傳輸過(guò)程融為一體，認(rèn)證成功則密鑰傳輸成功，反之亦然?；梅缴矸菡J(rèn)證方法雖然安全可靠而且效率高，但客戶注冊(cè)信息不能公開(kāi)。
本申請(qǐng)人在先專(zhuān)利“幻方數(shù)碼防偽方法”中，為每一商品按序分配一個(gè)唯一性編號(hào)并隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)五階以上幻方。此幻方經(jīng)一個(gè)元素為0或1的隨機(jī)洗牌方陣分割為兩個(gè)互補(bǔ)的缺陷幻方(M1，M2)，缺陷幻方M1和M2中的數(shù)字按序構(gòu)成一個(gè)真?zhèn)涡?yàn)向量V2，并存儲(chǔ)于防偽數(shù)據(jù)中心；將洗牌矩陣轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)作為該商品身份的防偽碼；為商品制作含有商品身份編號(hào)和防偽碼的標(biāo)簽，并將防偽碼掩蓋；用戶通過(guò)輸入裝置將商品編號(hào)和防偽碼送至真?zhèn)涡ｒ?yàn)中心，以此恢復(fù)幻方。若能恢復(fù)幻方且屬首次查詢，則是真品，否則為假。該幻方數(shù)碼防偽方法具有編碼算法可公開(kāi)、防偽數(shù)據(jù)庫(kù)可公開(kāi)、防偽編碼獨(dú)立、雙向防偽、易于實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)，但未經(jīng)置換的幻方洗牌方法存在內(nèi)部數(shù)據(jù)的局部相關(guān)性，而未經(jīng)幻方簽名的防偽編碼可以私自產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種用于身份真?zhèn)舞b別的幻方簽名方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種注冊(cè)信息可公開(kāi)的幻方身份雙向動(dòng)態(tài)認(rèn)證方法。
本發(fā)明的再一目的是提供一種幻方數(shù)碼防偽方法，這種幻方數(shù)碼防偽方法具有算法可公開(kāi)、數(shù)據(jù)庫(kù)可公開(kāi)、防偽編碼獨(dú)立、可雙向防偽、防內(nèi)外勾結(jié)造假等諸多優(yōu)點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明用于身份真?zhèn)舞b別的幻方簽名方法，包括以下步驟1)隨機(jī)構(gòu)造一個(gè)n(≥5)階以上的幻方作為簽名幻方D，簽名幻方D保密；2)根據(jù)物品特征信息產(chǎn)生一n階隨機(jī)幻方M，將隨機(jī)幻方M與簽名幻方D的元素按位進(jìn)行模(n2+1)和，得到一個(gè)簽名矩陣H，此簽名矩陣H作為物品身份的識(shí)別信息；3)將簽名矩陣H傳給擁有簽名幻方D的識(shí)別設(shè)備中，計(jì)算簽名矩陣H與簽名幻方D的模差矩陣M*；4)驗(yàn)證矩陣M*是否為幻方，如果M*是幻方，則擁有簽名矩陣H的身份為真，否則為假。
上述的幻方簽名方法，所述步驟(2)中，簽名矩陣H根據(jù)幻方置換表P置換成置換簽名矩陣W，置換簽名矩陣W作為物品身份的識(shí)別信息；步驟(3)中將置換簽名矩陣W傳給擁有簽名幻方D與置換表P的識(shí)別設(shè)備中，矩陣W根據(jù)置換表P反置換成簽名矩陣H，簽名矩陣H再與簽名幻方D按位進(jìn)行模(n2+1)差得到矩陣M*；一種注冊(cè)信息可公開(kāi)的幻方身份雙向動(dòng)態(tài)認(rèn)證方法，包括如下步驟1)用戶注冊(cè)步驟(固定并保密簽名幻方D與置換表P)a1、注冊(cè)服務(wù)器為注冊(cè)用戶隨機(jī)產(chǎn)生一n階幻方M；a2、注冊(cè)服務(wù)器將幻方M均勻隨機(jī)分割為兩個(gè)互補(bǔ)缺陷幻方M1和缺陷幻方M2，其中缺陷幻方M1和M2中缺陷位置填0，缺陷幻方M2存儲(chǔ)于用戶認(rèn)證(智能)卡中；a3、缺陷幻方M1與簽名幻方D按位相加取模(n2+1)得到模和矩陣H，再將模和矩陣H按置換表P置換得到矩陣MS1；a4、將矩陣MS1作為用戶注冊(cè)信息存儲(chǔ)于可公開(kāi)的認(rèn)證數(shù)據(jù)庫(kù)中或?yàn)橛脩舫钟小?br> 2)認(rèn)證服務(wù)器確認(rèn)注冊(cè)用戶的步驟b1、用戶登錄認(rèn)證服務(wù)器；b2、認(rèn)證服務(wù)器產(chǎn)生一均勻隨機(jī)0-1洗牌矩陣B并傳給用戶；b3、用戶將洗牌矩陣B輸入認(rèn)證卡；b4、認(rèn)證卡根據(jù)洗牌矩陣B由洗牌算法將缺陷幻方M2轉(zhuǎn)換成向量V，并將V傳回用戶；b5、用戶將向量V傳給認(rèn)證服務(wù)器；b6、認(rèn)證服務(wù)器將用戶注冊(cè)身份信息MS1、向量V與相應(yīng)洗牌矩陣B一起傳給校驗(yàn)芯片；b7、校驗(yàn)芯片根據(jù)置換表P與簽名幻方D解密用戶注冊(cè)身份信息MS1得到缺陷幻方M1；然后按缺陷幻方洗牌恢復(fù)算法根據(jù)缺陷幻方M1、向量V與洗牌矩陣B合成矩陣M*；最后驗(yàn)證矩陣M*的幻方性質(zhì)是否滿足，并將驗(yàn)證結(jié)果傳給認(rèn)證服務(wù)器。
上述幻方身份雙向動(dòng)態(tài)認(rèn)證方法還包括用戶確認(rèn)注冊(cè)服務(wù)器的步驟c1、認(rèn)證服務(wù)器向用戶發(fā)送一認(rèn)證請(qǐng)求信息，即要求用戶產(chǎn)生一均勻隨機(jī)0-1洗牌矩陣B；c2、用戶產(chǎn)生一均勻隨機(jī)0-1洗牌矩陣B并傳給認(rèn)證服務(wù)器作為響應(yīng)；c3、認(rèn)證服務(wù)器將洗牌矩陣B傳送至身份校驗(yàn)芯片；c4、身份校驗(yàn)芯片根據(jù)洗牌矩陣B將解密用戶注冊(cè)身份信息MS1后所得缺陷矩陣M1洗牌成向量V，并將向量V送回認(rèn)證服務(wù)器；c5、認(rèn)證服務(wù)器將向量V發(fā)送至用戶；
c6、用戶將向量V與洗牌矩陣B輸入認(rèn)證卡；c7、認(rèn)證卡根據(jù)缺陷幻方洗牌恢復(fù)算法將表示用戶身份信息的缺陷幻方M2、向量V與洗牌矩陣B合成完整矩陣M*；最后，驗(yàn)證該矩陣M*的幻方性質(zhì)是否滿足，并將驗(yàn)證結(jié)果返回用戶。
上述確認(rèn)注冊(cè)用戶的步驟中，步驟b4可用步驟b4*代替，同時(shí)，步驟b7則用步驟b7*代替b4*認(rèn)證(智能)卡以原始洗牌矩陣B作為細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的初態(tài)，并前向運(yùn)行三步以上得到此次洗牌矩陣B*；然后根據(jù)洗牌矩陣B*由洗牌算法將缺陷幻方M2轉(zhuǎn)換成向量V，并將V傳回用戶；b7*身份校驗(yàn)芯片根據(jù)置換表P與簽名幻方D解密用戶注冊(cè)身份信息MS1得到缺陷幻方M1；以原始洗牌矩陣B作為細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的初態(tài)，并前向運(yùn)行相同步數(shù)得到此次洗牌矩陣B*；然后，由洗牌恢復(fù)算法根據(jù)缺陷幻方M1、向量V與洗牌矩陣B*合成完整矩陣M*；最后，驗(yàn)證該矩陣M*的幻方性質(zhì)是否滿足，并將驗(yàn)證結(jié)果返回用戶。
上述用戶確認(rèn)注冊(cè)服務(wù)器的步驟中，步驟c4可用步驟c4*代替，同時(shí)，步驟c7則用步驟c7*代替c4*身份校驗(yàn)芯片以原始洗牌矩陣B作為細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的初態(tài)，并前向運(yùn)行三步以上得到此次洗牌矩陣B*；然后根據(jù)洗牌矩陣B*將解密用戶注冊(cè)身份信息MS1后所得缺陷矩陣M1洗牌成向量V，并將向量V送回認(rèn)證服務(wù)器；c7*認(rèn)證(智能)卡以洗牌矩陣B作為細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的初態(tài)，并前向運(yùn)行相同步數(shù)得到此次洗牌矩陣B*；然后，由洗牌恢復(fù)算法根據(jù)缺陷幻方M2、向量V與洗牌矩陣B*合成完整矩陣M*；最后，驗(yàn)證該矩陣M*的幻方性質(zhì)是否滿足，并將驗(yàn)證結(jié)果返回用戶。
一種幻方數(shù)碼防偽方法，包括以下步驟d1、按序?yàn)槊恳簧唐樊a(chǎn)生一個(gè)唯一性身份碼N；d2、為每一商品N產(chǎn)生一個(gè)5階以上隨機(jī)幻方M與一個(gè)隨機(jī)0-1洗牌矩陣S，按自左至右、從上至下的順序?qū)⑾磁凭仃嘢轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)，然后再轉(zhuǎn)換為一個(gè)十進(jìn)制數(shù)碼，作為該商品身份的防偽碼Vt；d3、以洗牌矩陣S直接作為產(chǎn)生雙向校驗(yàn)卡的幻方分割矩陣C；d4、根據(jù)分割矩陣C分割幻方M得到缺陷幻方M1X，缺陷幻方M1中數(shù)字對(duì)應(yīng)分割矩陣C中相應(yīng)元素1，然后將M1印刷成雙向校驗(yàn)卡片，并將身份碼N印刷在卡片上；d5、以幻方置換表P置換幻方M，得到置換矩陣W；
d6、根據(jù)洗牌矩陣S將置換矩陣W分割為兩個(gè)互補(bǔ)缺陷置換矩陣(W1、W2)，缺陷矩陣W1中數(shù)字與洗牌矩陣中相應(yīng)元素1對(duì)應(yīng)，缺陷矩陣W2中數(shù)字與洗牌矩陣中相應(yīng)元素0對(duì)應(yīng)；d7、按自左至右、從上至下的順序?qū)⑷毕菥仃嘩1中的數(shù)字與其互補(bǔ)缺陷矩陣M2中的數(shù)字按序排成兩行，然后首尾相接構(gòu)成一個(gè)防偽碼的校驗(yàn)向量V2；將商品身份碼N與校驗(yàn)向量V2存儲(chǔ)于防偽數(shù)據(jù)中心中；d8、在商品上制作含有商品身份碼N和防偽碼V1的標(biāo)簽，并將防偽碼V1掩蓋。
上述幻方數(shù)碼防偽方法中，采用固定并保密的簽名幻方D、幻方置換表P以及不可逆細(xì)胞自動(dòng)機(jī)，步驟d3可用步驟d3*代替，步驟d5可用步驟d5*代替，即d3*、以洗牌矩陣S為不可逆細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的初始狀態(tài)，向前迭代k＝3步以上得到幻方分割矩陣C；d5*、以簽名幻方D簽名隨機(jī)幻方M，得到簽名矩陣H；再以幻方置換表P置換簽名矩陣H，得到置換簽名矩陣W。
本注冊(cè)信息可公開(kāi)的幻方身份雙向動(dòng)態(tài)認(rèn)證方法所具有的優(yōu)點(diǎn)1)由幻方模和與幻方置換組合而成的幻方加密技術(shù)確保了用戶注冊(cè)信息可以公開(kāi)，克服了現(xiàn)有認(rèn)證方法中認(rèn)證數(shù)據(jù)庫(kù)泄密可能導(dǎo)致的災(zāi)難性結(jié)果；2)“一次一密”的動(dòng)態(tài)身份認(rèn)證方法可防止重用過(guò)時(shí)的認(rèn)證信息，提高了認(rèn)證的安全性；3)幻方身份認(rèn)證協(xié)議與算法可在公開(kāi)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)由洗牌矩陣與洗牌向量組成的動(dòng)態(tài)認(rèn)證信息不可能推導(dǎo)出未加密之前的身份信息M1與認(rèn)證(智能)卡中的身份信息M2；即使通過(guò)搭線竊聽(tīng)方式，無(wú)論收集多少洗牌矩陣與洗牌向量對(duì)，也不可能推導(dǎo)出身份信息M1與M2。
4)認(rèn)證協(xié)議與算法均可公開(kāi)，簽名幻方與置換表固化在身份校驗(yàn)卡芯片中；5)細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的不可逆性可防止預(yù)先設(shè)計(jì)攻擊方式，提高了身份認(rèn)證的安全性；6)幻方身份認(rèn)證算法簡(jiǎn)單，便于邏輯芯片實(shí)現(xiàn)，成本低；7)幻方身份認(rèn)證協(xié)議與算法效率高，可避免認(rèn)證高峰時(shí)刻的處理效率瓶頸問(wèn)題。
本幻方數(shù)碼防偽方法具有如下優(yōu)點(diǎn)1)編碼算法公開(kāi)幻方置換、洗牌與簽名技術(shù)確保算法可以公開(kāi)。
2)數(shù)據(jù)庫(kù)可公開(kāi)幻方洗牌與置換技術(shù)確保由校驗(yàn)碼推算不出防偽碼，即使公開(kāi)簽名幻方與置換表(密鑰)，由校驗(yàn)碼仍然推算不出防偽碼；幻方簽名技術(shù)確保私自無(wú)法插入合法校驗(yàn)碼；3)防偽編碼獨(dú)立防偽編碼是隨機(jī)獨(dú)立的，由每對(duì)防偽編碼的校驗(yàn)碼得到其相應(yīng)的防偽碼都必須獨(dú)立破解。如果想由一個(gè)校驗(yàn)碼推算其相應(yīng)的防偽碼，采用100臺(tái)目前主頻最高的PC機(jī)聯(lián)合計(jì)算平均需要9年時(shí)間。
4)實(shí)現(xiàn)雙向防偽系統(tǒng)可以驗(yàn)證商品真?zhèn)?，同時(shí)用戶也可以校驗(yàn)防偽系統(tǒng)的真?zhèn)危?)核心模塊固化簽名幻方與置換表存貯在Flash芯片中，核心算法固化成FPGA芯片，確保不能讀出，既安全可靠又高效；將防偽編碼的最終合法權(quán)限集中至可更改的PCI編碼卡初始化口令，合法權(quán)限硬件化杜絕了防偽中心工作人員私自插入非法防偽數(shù)碼的職務(wù)犯罪行為；6)中央授權(quán)編碼編碼系統(tǒng)每次生成的防偽編碼數(shù)目必須由授權(quán)認(rèn)證系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程中央授權(quán)，利用幻方身份雙向動(dòng)態(tài)認(rèn)證與細(xì)胞自動(dòng)機(jī)原理，可以使得任何編碼系統(tǒng)只能生產(chǎn)已授權(quán)數(shù)量的防偽編碼，而且不同企業(yè)之間的防偽編碼不能混用。
7)編碼校驗(yàn)簡(jiǎn)單只需簡(jiǎn)單加法運(yùn)算，消費(fèi)者和計(jì)算機(jī)都可驗(yàn)證真?zhèn)?，普通PC機(jī)每秒可校驗(yàn)一萬(wàn)次；


附圖1互補(bǔ)缺陷幻方填充原理。
附圖2隨機(jī)幻方模和分解原理。
附圖3互補(bǔ)缺陷簽名矩陣原理。
附圖4幻方置換表。
附圖5幻方加密與解密過(guò)程。
附圖6幻方洗牌恢復(fù)原理。
附圖7缺陷矩陣洗牌過(guò)程。
附圖8缺陷矩陣洗牌恢復(fù)過(guò)程。
附圖9細(xì)胞自動(dòng)機(jī)以洗牌矩陣S為初態(tài)得到洗牌矩陣S*。
附圖10隨機(jī)幻方M、洗牌矩陣S*、缺陷幻方M1與互補(bǔ)缺陷幻方M2。
附圖11存儲(chǔ)在芯片中的簽名幻方D與置換表P。
附圖12用戶Alice的注冊(cè)幻方M(Alice)、缺陷幻方M1(Alice)與互補(bǔ)缺陷幻方M2(Alice)。
附圖13加密M1(Alice)得到MS1(Alice)。
附圖14服務(wù)器確認(rèn)用戶Alice身份的過(guò)程。
附圖15用戶Alice確認(rèn)服務(wù)器身份的過(guò)程。
附圖16身份缺陷幻方M2(Alice)的洗牌過(guò)程。
附圖17Alice注冊(cè)身份信息MS1(Alice)的解密過(guò)程。。
附圖18身份缺陷幻方M2(Alice)的洗牌恢復(fù)過(guò)程。
附圖19注冊(cè)缺陷幻方M1(Alice)的洗牌過(guò)程。
附圖20注冊(cè)缺陷幻方M1(Alice)洗牌恢復(fù)過(guò)程。
附圖22細(xì)胞自動(dòng)機(jī)以B(Web，t)為初態(tài)得到新洗牌矩陣B*(Web，t)。
附圖22細(xì)胞自動(dòng)機(jī)以B(Alice，t)為初態(tài)得到新洗牌矩陣B*(Alice，t)。
附圖23隨機(jī)幻方M、洗牌矩陣S與防偽碼轉(zhuǎn)換。
附圖24細(xì)胞自動(dòng)機(jī)以洗牌矩陣S為初態(tài)得到幻方分割矩陣C。
附圖25隨機(jī)幻方M、幻方分割矩陣C與缺陷幻方M1。
附圖26隨機(jī)幻方M、簽名幻方D、簽名矩陣H與置換簽名矩陣W。
附圖27置換簽名矩陣W、洗牌矩陣S、缺陷矩陣W1與互補(bǔ)缺陷矩陣W2。
附圖28由缺陷矩陣W1與互補(bǔ)缺陷矩陣W2形成校驗(yàn)向量V2。
附圖29雙向校驗(yàn)數(shù)字(互補(bǔ)缺陷幻方M2)獲取流程。
具體實(shí)施例方式
缺陷幻方填充原理將一個(gè)隨機(jī)構(gòu)造的幻方均勻隨機(jī)分割為兩個(gè)互補(bǔ)缺陷幻方，目前理論上還不存在有效的統(tǒng)一計(jì)算方法，使得由僅含一半數(shù)字的缺陷幻方恢復(fù)出另一半數(shù)字的位置，使之仍然構(gòu)成一個(gè)幻方，反之亦然。我們稱(chēng)該問(wèn)題為缺陷幻方填充問(wèn)題，此問(wèn)題是一個(gè)公開(kāi)的數(shù)學(xué)難題，如圖1所示。一般地，如果將其中任意一個(gè)缺陷幻方作為鎖，另一個(gè)則可作為相應(yīng)的鑰匙，二者互為鎖與鑰匙。由“鎖”推不出相應(yīng)的“鑰匙”，由“鑰匙”推不出相應(yīng)的“鎖”，“鎖”可以公開(kāi)。7階幻方即可構(gòu)造1034把幻方數(shù)字鎖，已知“鎖”時(shí)，相應(yīng)“鑰匙”的窮舉次數(shù)為25！≈1.55×1025。
幻方模和原理將兩個(gè)n階隨機(jī)幻方的元素按位相加取模n2+1得到一個(gè)模n2+1內(nèi)自然數(shù)的矩陣，判斷該矩陣是否為兩個(gè)n階隨機(jī)幻方之和在計(jì)算上是不可判定的；一般地，將k≥2個(gè)隨機(jī)構(gòu)造的n階幻方的矩陣元素按位相加再取模n2+1，得到一個(gè)模n2+1內(nèi)自然數(shù)的矩陣，判斷該矩陣是否可分解為k個(gè)n階隨機(jī)幻方之和在計(jì)算上是不可判定的。該原理可應(yīng)用于密鑰管理、身份認(rèn)證、多方身份認(rèn)證、微支付以及數(shù)碼防偽等領(lǐng)域，并且具有安全強(qiáng)度高、驗(yàn)證效率高、易于邏輯芯片實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。舉例說(shuō)明，如圖2所示，如果僅知道隨機(jī)幻方模和矩陣，在計(jì)算上不可能把幻方模和分解為隨機(jī)幻方1與隨機(jī)幻方2。
由幻方模和原理直接得到幻方簽名技術(shù)。隨機(jī)構(gòu)造一個(gè)幻方作為不公開(kāi)的簽名幻方(相當(dāng)于簽名私鑰)，任一隨機(jī)幻方與該簽名幻方模和之后得到一個(gè)簽名矩陣，該簽名矩陣與簽名幻方的模差必然是一個(gè)幻方，以此可以驗(yàn)證簽名矩陣的真?zhèn)?。通過(guò)驗(yàn)證簽名矩陣的真?zhèn)慰梢耘袛啾缓灻碾S機(jī)幻方是否由己方產(chǎn)生，而非他方偽造。一般地，幻方的簽名矩陣是唯一的，即不存在兩個(gè)不同的幻方，相對(duì)同一簽名幻方其簽名矩陣是相等的?；梅胶灻夹g(shù)也可以稱(chēng)為幻方加密技術(shù)。
由幻方簽名技術(shù)可以進(jìn)一步將缺陷幻方填充問(wèn)題推廣至缺陷簽名矩陣填充問(wèn)題。將一個(gè)簽名矩陣隨機(jī)抽去一半左右的數(shù)字，很難由剩下的一半數(shù)字推出被抽去的另一半數(shù)字，使之仍然構(gòu)成一個(gè)合法的簽名矩陣。由簽名矩陣的唯一性可以知道缺陷簽名矩陣的填充問(wèn)題也是唯一的，即不可能存在兩組不同的數(shù)字，使之與已知的一半數(shù)字均構(gòu)成合法簽名矩陣。如圖3所示。
幻方置換原理設(shè)計(jì)一個(gè)一一對(duì)應(yīng)的矩陣元素置換表，將n×n矩陣中每一元素映射至同等規(guī)模的另一矩陣中新的元素位置上，使得原矩陣中任意兩個(gè)同行或同列或同一對(duì)角線上的元素被映射后不再處于同行或同列或同一對(duì)角線，該置換過(guò)程稱(chēng)為幻方置換，其中置換表稱(chēng)為幻方置換表。
所謂一一對(duì)應(yīng)的置換表，如圖4所示。舉例如下，將一個(gè)6×6的矩陣元素映射為另一個(gè)6×6的矩陣元素，其中，(i，j)表示將原矩陣中相應(yīng)位置上的元素映射至新矩陣中第i行與第j列交叉位置，如左上角元素(5，1)表示將原矩陣中左上角元素即第0行與0列交叉位置上的元素，映射到新矩陣中第5行與第1列交叉位置上，如此類(lèi)推，一一映射，無(wú)一重復(fù)，稱(chēng)這一幻方置換過(guò)程為正置換。如果將置換表中某二元元素(i，j)理解為把矩陣中第i行與第j列上的元素映射至新矩陣中該二元元素(i，j)所在位置上，則該幻方置換過(guò)程稱(chēng)為反置換。因此，同一幻方置換表即可作為正置換也可作為反置換，二者互為逆過(guò)程。
如果對(duì)幻方使用置換過(guò)程，可以使幻方數(shù)字元素之間失去相關(guān)性。
幻方加密與解密原理如圖5所示，固定一幻方與幻方置換表作為加密密鑰，任一隨機(jī)構(gòu)成的幻方(明文)先與該固定幻方進(jìn)行模和得到簽名矩陣，再將該簽名矩陣按置換表進(jìn)行置換，得到一數(shù)字矩陣(密文)，該過(guò)程稱(chēng)為幻方加密過(guò)程，相應(yīng)的逆過(guò)程稱(chēng)為幻方解密過(guò)程。不論已知多少對(duì)隨機(jī)幻方(明文)與其加密結(jié)果(密文)，在計(jì)算上很難推導(dǎo)出其固定簽名幻方與置換表?；梅郊用茉砜捎糜诰W(wǎng)絡(luò)身份認(rèn)證、訪問(wèn)控制與微支付等領(lǐng)域。
洗牌原理從一組具有內(nèi)部數(shù)學(xué)關(guān)系的可校驗(yàn)的n個(gè)有序數(shù)字序列中按序隨機(jī)抽取其中約一半數(shù)字，按先后次序排成一組數(shù)字序列，并將該序列置于所剩數(shù)字序列之后，構(gòu)成一個(gè)新的數(shù)字序列，稱(chēng)該數(shù)字序列的重組過(guò)程為隨機(jī)洗牌過(guò)程，重組數(shù)字序列稱(chēng)為洗牌結(jié)果，其中按序均勻隨機(jī)抽取數(shù)字的方案可由一n元0-1二進(jìn)制表示，并稱(chēng)之為洗牌方案。僅由洗牌結(jié)果是不可能恢復(fù)原有序可校驗(yàn)數(shù)字序列的，洗牌結(jié)果僅可由洗牌方案直接恢復(fù)成原有序可校驗(yàn)數(shù)字序列，這就是數(shù)字序列的洗牌原理。
幻方洗牌恢復(fù)原理構(gòu)造一個(gè)n階隨機(jī)幻方M，按某一公開(kāi)置換表P將該隨機(jī)幻方置換成另一隨機(jī)矩陣X；構(gòu)造一個(gè)n×n的均勻隨機(jī)0-1洗牌矩陣S(該洗牌矩陣可以轉(zhuǎn)化為一個(gè)十進(jìn)制數(shù))，根據(jù)洗牌矩陣將通過(guò)置換得到的隨機(jī)矩陣X分割為兩個(gè)互補(bǔ)缺陷矩陣，其中一個(gè)缺陷矩陣X1中的數(shù)字與洗牌矩陣中相應(yīng)元素1對(duì)應(yīng)，另一個(gè)互補(bǔ)缺陷矩陣X2中的數(shù)字與洗牌矩陣中相應(yīng)元素0對(duì)應(yīng)；再將兩個(gè)互補(bǔ)缺陷矩陣按序轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)度為n2的數(shù)字向量V。即使公開(kāi)幻方置換表P，由長(zhǎng)度為n2的數(shù)字向量V很難恢復(fù)出原隨機(jī)幻方M，也就是由數(shù)字向量V在計(jì)算上很難推導(dǎo)出洗牌矩陣S。如圖6所示，由長(zhǎng)度為36元素的數(shù)字向量V與置換表P在計(jì)算上很難推導(dǎo)出隨機(jī)幻方M或洗牌矩陣S互補(bǔ)缺陷矩陣洗牌與恢復(fù)算法設(shè)大小為n×n的矩陣M被均勻隨機(jī)分割為兩個(gè)互補(bǔ)缺陷矩陣M1與M2，向量V的長(zhǎng)度為n2，V中各元素初始化為0，均勻隨機(jī)洗牌矩陣 bij∈{0，1}。
如圖7所示，缺陷矩陣M2的洗牌轉(zhuǎn)換算法的基本過(guò)程是，首先按序?qū)⑴cB中元素1對(duì)應(yīng)的M2中非零數(shù)字寫(xiě)入向量V，然后按序?qū)⑴cB中元素0對(duì)應(yīng)的M2中非零數(shù)字寫(xiě)入向量V，所得向量V即為洗牌結(jié)果，可表示為M2+B→1V.]]>假設(shè)6×6的矩陣M被分割為兩部分M1與M2，從左上角元素開(kāi)始，按自左至右、從上至下的規(guī)則直至右下角元素，順序?qū)⑴cB中元素l對(duì)應(yīng)的M2中非零數(shù)字寫(xiě)入向量V中，得到向量V＝(27，6，11，1，26，10，17，35，31，3，34，19，21，2，15，13，7，24，22，0，0，0，…，0)；然后，從左上角元素開(kāi)始，按自左至右、從上至下的規(guī)則直至右下角元素，按序?qū)⑴cB中元素0對(duì)應(yīng)的M2中的非零數(shù)字，緊按當(dāng)前向量指針寫(xiě)入向量V中，得到洗牌結(jié)果V。
缺陷矩陣的洗牌恢復(fù)算法是洗牌算法的逆過(guò)程，如圖8所示，其中M1相當(dāng)于此逆運(yùn)算過(guò)程中的“密鑰”。洗牌恢復(fù)算法根據(jù)洗牌結(jié)果向量V、洗牌矩陣B以及互補(bǔ)缺陷矩陣M1?；謴?fù)出原矩陣M，可表示為V+B→M1M.]]>洗牌恢復(fù)算法的基本過(guò)程是，首先恢復(fù)與洗牌矩陣B中元素1對(duì)應(yīng)的矩陣數(shù)字，從左上角元素開(kāi)始，按自左至右、從上而下的規(guī)則直至右下角元素，分別考慮與B中元素1對(duì)應(yīng)的M1中元素，如果該元素非零，則置恢復(fù)矩陣M中相應(yīng)位置為該數(shù)字否則，置恢復(fù)矩陣M中相應(yīng)位置為向量V中當(dāng)前元素，同時(shí)向量V的指針前進(jìn)一位，如此反復(fù)直至B的右下角元素。然后，向量V從當(dāng)前指針開(kāi)始，恢復(fù)與B中元素0對(duì)應(yīng)的矩陣元素，即從左上角元素開(kāi)始，按自左至右、從上而下的規(guī)則直至右下角元素，分別考慮與B中元素0對(duì)應(yīng)的M1中元素，如果該元素非零，則置恢復(fù)矩陣中相應(yīng)位置為該數(shù)字；否則，置恢復(fù)矩陣M中相應(yīng)位置為向量V中當(dāng)前元素，同時(shí)向量V的指針前進(jìn)一位，如此反復(fù)直至B的右下角元素，最后得到原矩陣M。
當(dāng)矩陣M為隨機(jī)幻方時(shí)，互補(bǔ)缺陷矩陣洗牌與恢復(fù)算法可用于基于隨機(jī)幻方的動(dòng)態(tài)身份認(rèn)證技術(shù)。
細(xì)胞自動(dòng)機(jī)細(xì)胞自動(dòng)機(jī)是由Ulam與Von Neumann在上世紀(jì)40年代晚期提出的通用并行計(jì)算模型。細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的細(xì)胞與其鄰域的互動(dòng)關(guān)系，使得局部細(xì)胞狀態(tài)可隨時(shí)間在空間上傳播，這一特點(diǎn)使細(xì)胞自動(dòng)機(jī)表現(xiàn)出非常復(fù)雜的宏觀時(shí)空演化行為。一般地，一個(gè)細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的全局狀態(tài)可能具有一個(gè)以上的前置狀態(tài)，也就是在同一細(xì)胞自動(dòng)機(jī)規(guī)則下可能有一個(gè)以上的全局狀態(tài)通過(guò)一步映射可轉(zhuǎn)移至該狀態(tài)。一般地，細(xì)胞自動(dòng)機(jī)是不可逆的，即不能由后向狀態(tài)推出其前置狀態(tài)。
如圖9所示，洗牌矩陣S可以看成是細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的全局狀態(tài)，如果按某一細(xì)胞自動(dòng)機(jī)規(guī)則將該洗牌矩陣向前迭代運(yùn)行數(shù)步(k步)，得到一新的洗牌矩陣S*。根據(jù)細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的不可逆性，即使在公開(kāi)該細(xì)胞自動(dòng)機(jī)規(guī)則的條件下，由洗牌矩陣S*是不可能推導(dǎo)出其前置k步的洗牌矩陣S的。
如圖10所示，利用洗牌矩陣S對(duì)置換簽名矩陣洗牌，然后根據(jù)某一固定細(xì)胞自動(dòng)機(jī)規(guī)則由洗牌矩陣S前推k步得到新的洗牌矩陣S*，由新的洗牌矩陣S*作為分割矩陣C分割隨機(jī)幻方M，得到互補(bǔ)缺陷幻方M1與M2，可以實(shí)現(xiàn)雙向驗(yàn)證。
本發(fā)明用于身份認(rèn)證的一個(gè)實(shí)施例假設(shè)用戶Alice與認(rèn)證服務(wù)器之間須進(jìn)行雙向身份動(dòng)態(tài)認(rèn)證，D為簽名幻方，P為幻方置換表，如圖11所示，簽名幻方與置換表存儲(chǔ)于身份校驗(yàn)芯片中。
用戶Alice的注冊(cè)步驟如下a1、注冊(cè)服務(wù)器為注冊(cè)用戶Alice隨機(jī)產(chǎn)生一5階以上的幻方M(Alice)，以6階為例；a2、注冊(cè)服務(wù)器將M(Alice)隨機(jī)均勻分割為兩個(gè)互補(bǔ)缺陷幻方M1(Alice)與M2(Alice)，其中缺陷元素填0；M2(Alice)直接作為Alice的身份校驗(yàn)信息存入認(rèn)證(智能)卡中，并且認(rèn)證卡以PIN碼保護(hù)，如圖12所示；a3、缺陷幻方M1(Alice)與簽名幻方D按位相加取模(n2+1)得到模和矩陣H，再將模和矩陣H按置換表P置換得到置換矩陣MS1(Alice)，如圖13所示；a4、將MS1(Alice)作為用戶的注冊(cè)身份信息存儲(chǔ)于可公開(kāi)的認(rèn)證服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中，也可由用戶自己持有。
認(rèn)證服務(wù)器確認(rèn)用戶Alice身份的過(guò)程如下，如圖14所示b1、用戶Alice登錄認(rèn)證服務(wù)器；b2、認(rèn)證服務(wù)器產(chǎn)生一均勻隨機(jī)0-1矩陣B(Web，t)并傳給用戶Alice；b3、用戶Alice將B(Web，t)輸入認(rèn)證卡；b4、認(rèn)證卡根據(jù)洗牌矩陣B(Web，t)按缺陷矩陣洗牌算法將缺陷幻方M2(Alice)轉(zhuǎn)換成認(rèn)證向量V(Alice，t)，并將V(Alice，t)傳回用戶Alice，如圖15所示；b5、用戶Alice將向量V(Alice，t)傳給認(rèn)證服務(wù)器；b6、認(rèn)證服務(wù)器將MS1(Alice)、V(Alice，t)與相應(yīng)的洗牌矩陣B(Web，t)一起傳給校驗(yàn)芯片；b7、校驗(yàn)芯片根據(jù)置換表P與簽名幻方D解密MS1(Alice)得到缺陷幻方M1(Alice)，如圖16所示；然后根據(jù)缺陷矩陣洗牌恢復(fù)算法將M1(Alice)、V(Alice，t)與B(Web，t)合成矩陣M*，如圖17所示；最后驗(yàn)證矩陣M*的幻方性質(zhì)是否滿足，并將驗(yàn)證結(jié)果傳給認(rèn)證服務(wù)器。
用戶Alice確認(rèn)認(rèn)證服務(wù)器身份的過(guò)程如下，如圖18所示c1、認(rèn)證服務(wù)器向用戶Alice發(fā)送一認(rèn)證請(qǐng)求信息，即要求用戶Alice產(chǎn)生一均勻隨機(jī)0-1洗牌矩陣B(Alice，t)；c2、用戶Alice產(chǎn)生一均勻隨機(jī)0-1洗牌矩陣B(Alice，t)并傳給認(rèn)證服務(wù)器作為響應(yīng)；c3、認(rèn)證服務(wù)器將B(Alice，t)傳送至校驗(yàn)芯片；c4、校驗(yàn)芯片根據(jù)B(Alice，t)將解密MS1(Alice)后所得缺陷幻方M1(Alice)按缺陷矩陣洗牌算法轉(zhuǎn)換成認(rèn)證向量V(Web，t)，并將V(Web，t)送回認(rèn)證服務(wù)器，如圖19所示；c5、認(rèn)證服務(wù)器將V(Web，t)發(fā)送至用戶Alice；c6、用戶Alice將向量V(Web，t)與洗牌矩陣B(Alice，t)輸入認(rèn)證卡；c7、認(rèn)證卡根據(jù)缺陷矩陣洗牌恢復(fù)算法將M2(Alice)、V(Web，t)與B(Alice，t)合成完整矩陣M*，如圖20所示；最后，驗(yàn)證該矩陣M*的幻方性質(zhì)是否滿足，并將驗(yàn)證結(jié)果返回用戶Alice。
上述實(shí)施例的步驟b4與b7中，可用同一細(xì)胞自動(dòng)機(jī)以B(Web，t)作為初態(tài)，并前向迭代三步得到新洗牌矩陣B*(Web，t)，如圖21所示，再用新洗牌矩陣B*(Web，t)進(jìn)行洗牌；步驟c4與c7中，可用同一細(xì)胞自動(dòng)機(jī)以B(Alice，t)作為初態(tài)，并前向迭代三步得到新洗牌矩陣B*(Alice，t)，如圖22所示，再用新洗牌矩陣B*(Alice，t)進(jìn)行洗牌。根據(jù)細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的不可逆性，即使在公開(kāi)該細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的條件下，由洗牌矩陣B*(Web，t)是不可能推導(dǎo)出其前置洗牌矩陣B(Web，t)，由洗牌矩陣B*(Alice，t)也是不可能推導(dǎo)出其前置洗牌矩陣B(Alice，t)，因而可防止對(duì)該幻方身份雙向動(dòng)態(tài)認(rèn)證方法可能進(jìn)行的預(yù)先設(shè)計(jì)式攻擊。
本發(fā)明用于數(shù)碼防偽的一個(gè)實(shí)施例首先構(gòu)造一個(gè)5階以上的隨機(jī)幻方D作為簽名幻方，并隨機(jī)生成一個(gè)置換表P作為幻方置換表，如圖11所示，以6階幻方為例。簽名幻方D與置換表P固化在PCI編碼卡與校驗(yàn)卡的Flash存儲(chǔ)芯片中。
商品數(shù)碼防偽方法包括以下步驟d1、按序?yàn)槊恳簧唐樊a(chǎn)生一個(gè)唯一性身份碼N，如N＝2789502342；d2、為每一商品N產(chǎn)生一個(gè)5階以上隨機(jī)幻方M與一個(gè)均勻隨機(jī)0-1洗牌矩陣S，按自左至右、從上至下的順序?qū)⑾磁凭仃嘢轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)，再轉(zhuǎn)換為一個(gè)十進(jìn)制數(shù)碼23564 019279，作為該商品身份的防偽碼V1，如圖23所示；d3、以洗牌矩陣S作為不可逆細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的初始狀態(tài)，向前迭代k＝3步以上得到幻方分割矩陣C，如圖24所示；(CAM可以公開(kāi)，如CAM＝01010101……010101)d4、根據(jù)分割矩陣C分割幻方M得到缺陷幻方M1，缺陷幻方M1中數(shù)字對(duì)應(yīng)分割矩陣C中相應(yīng)元素1，然后將M1印刷成雙向校驗(yàn)卡片，并將身份碼N印刷在卡片上，如圖25所示；
d5、以簽名幻方D對(duì)隨機(jī)幻方M進(jìn)行簽名，得到簽名矩陣H，再以幻方置換表P對(duì)簽名矩陣H進(jìn)行置換，得到置換簽名矩陣W，如圖26所示；該過(guò)程在編碼PCI卡FPGA中完成；d6、根據(jù)洗牌矩陣S將置換簽名矩陣W分割為兩個(gè)互補(bǔ)缺陷置換簽名矩陣(W1與W2)，缺陷矩陣W1中數(shù)字與洗牌矩陣中相應(yīng)元素1對(duì)應(yīng)，缺陷矩陣W2中數(shù)字與洗牌矩陣中相應(yīng)元素0對(duì)應(yīng)，如圖27所示；d7、按自左至右、從上至下的順序?qū)⑷毕菥仃嘩1中的數(shù)字與其互補(bǔ)缺陷矩陣M2中的數(shù)字按序構(gòu)成一個(gè)真?zhèn)涡ｒ?yàn)向量V235，35，29，16，20，34，11，4，15，15，36，33，30，16，16，18，33，23，28，26，1，31，35，15，32，3，3，36，3，2，0，21，9，7，13，19；將商品身份碼N與相應(yīng)校驗(yàn)向量V2存儲(chǔ)于防偽數(shù)據(jù)中心中，如圖28所示；d8、在商品上制作含有商品身份碼N和防偽碼V1標(biāo)簽，并將防偽碼V1掩蓋。
商品真?zhèn)尾樵冞^(guò)程用戶通過(guò)電話、短信與網(wǎng)站將商品上的商品身份碼N和防偽碼V1送至真?zhèn)涡ｒ?yàn)中心，真?zhèn)涡ｒ?yàn)中心根據(jù)商品身份碼N從防偽數(shù)據(jù)庫(kù)取出相應(yīng)的真?zhèn)涡ｒ?yàn)向量V2，利用防偽碼V1和真?zhèn)涡ｒ?yàn)向量V2恢復(fù)置換簽名矩陣W，再根據(jù)幻方置換表P與簽名幻方D對(duì)置換簽名矩陣W進(jìn)行反置換與模減，得到矩陣M*(此過(guò)程在PCI校驗(yàn)卡中實(shí)現(xiàn))；若M*是幻方且屬首次查詢，則是真品，同時(shí)根據(jù)防偽碼V1由細(xì)胞自動(dòng)機(jī)得到幻方分解矩陣C，由幻方M與幻方分解矩陣C得到雙向校驗(yàn)卡上缺陷幻方M1的互補(bǔ)缺陷幻方M2，最后將互補(bǔ)缺陷幻方M2的數(shù)字按序傳給用戶；反之，若M*不是幻方，則商品是假品。真?zhèn)涡ｒ?yàn)與獲取雙向校驗(yàn)數(shù)字M2的流程如圖29所示。
權(quán)利要求
1.一種用于身份真?zhèn)舞b別的幻方簽名方法，其特征在于，包括以下步驟1)隨機(jī)構(gòu)造一個(gè)n(≥5)階以上的幻方作為簽名幻方(D)，簽名幻方(D)保密；2)根據(jù)物品特征信息產(chǎn)生一n階隨機(jī)幻方(M)，將隨機(jī)幻方(M)與簽名幻方(D)的元素按位進(jìn)行模(n2+1)和，得到一個(gè)簽名矩陣(H)，此簽名矩陣(H)作為物品身份的識(shí)別信息；3)將簽名矩陣(H)傳給擁有簽名幻方(D)的識(shí)別設(shè)備中，計(jì)算簽名矩陣(H)與簽名幻方(D)的模差矩陣(M*)；4)驗(yàn)證矩陣(M*)是否為幻方，如果矩陣(M*)是幻方，則擁有簽名矩陣(H)的身份為真，否則為假。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于身份真?zhèn)舞b別的幻方簽名方法，其特征在于所述步驟(2)中，簽名矩陣(H)根據(jù)矩陣置換表(P)置換成置換簽名矩陣(W)，置換簽名矩陣(W)作為物品身份的識(shí)別信息；步驟(3)中將置換簽名矩陣(W)傳給擁有簽名幻方(D)與置換表(P)的識(shí)別設(shè)備中，矩陣(W)根據(jù)置換表(P)反置換成簽名矩陣(H)，簽名矩陣(H)再與簽名幻方(D)按位進(jìn)行模(n2+1)差得到矩陣(M*)；
3.一種注冊(cè)信息可公開(kāi)的幻方身份雙向動(dòng)態(tài)認(rèn)證方法，其特征在于，包括以下步驟1)用戶注冊(cè)步驟a1、注冊(cè)服務(wù)器為注冊(cè)用戶隨機(jī)產(chǎn)生一n階幻方(M)；a2、注冊(cè)服務(wù)器將幻方(M)均勻隨機(jī)分割為兩個(gè)互補(bǔ)缺陷幻方(M1)和缺陷幻方(M2)，其中缺陷幻方(M1)和(M2)中缺陷位置填0，缺陷幻方(M2)存儲(chǔ)于用戶認(rèn)證卡中；a3、缺陷幻方(M1)與簽名幻方(D)按位相加取模(n2+1)得到模和矩陣(H)，再將模和矩陣(H)按置換表(P)置換得到矩陣(MS1)；a4、將矩陣(MS1)作為用戶注冊(cè)信息存儲(chǔ)于可公開(kāi)的認(rèn)證數(shù)據(jù)庫(kù)中或?yàn)橛脩舫钟小?)認(rèn)證服務(wù)器確認(rèn)注冊(cè)用戶的步驟b1、用戶登錄認(rèn)證服務(wù)器；b2、認(rèn)證服務(wù)器產(chǎn)生一均勻隨機(jī)0-1洗牌矩陣(B)并傳給用戶；b3、用戶將洗牌矩陣(B)輸入認(rèn)證卡；b4、認(rèn)證卡根據(jù)洗牌矩陣(B)由洗牌算法將缺陷幻方(M2)轉(zhuǎn)換成向量(V)，并將(V)傳回用戶；b5、用戶將向量(V)傳給認(rèn)證服務(wù)器；b6、認(rèn)證服務(wù)器將用戶注冊(cè)身份信息(MS1)、向量(V)與相應(yīng)洗牌矩陣(B)一起傳給校驗(yàn)芯片；b7、校驗(yàn)芯片根據(jù)置換表(P)與簽名幻方(D)解密用戶注冊(cè)身份信息(MS1)得到缺陷幻方(M1)；然后按缺陷幻方洗牌恢復(fù)算法根據(jù)缺陷幻方(M1)、向量(V)與洗牌矩陣(B)合成矩陣(M*)；最后驗(yàn)證矩陣(M*)的幻方性質(zhì)是否滿足，并將驗(yàn)證結(jié)果傳給認(rèn)證服務(wù)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種注冊(cè)信息可公開(kāi)的幻方身份雙向動(dòng)態(tài)認(rèn)證方法，其特征在于還包括用戶確認(rèn)注冊(cè)服務(wù)器的步驟c1、認(rèn)證服務(wù)器向用戶發(fā)送一認(rèn)證請(qǐng)求信息，即要求用戶產(chǎn)生一均勻隨機(jī)0-1洗牌矩陣(B)；c2、用戶產(chǎn)生一均勻隨機(jī)0-1洗牌矩陣(B)并傳給認(rèn)證服務(wù)器作為響應(yīng)；c3、認(rèn)證服務(wù)器將洗牌矩陣(B)傳送至身份校驗(yàn)芯片；c4、身份校驗(yàn)芯片根據(jù)洗牌矩陣B將解密用戶注冊(cè)身份信息(MS1)后所得缺陷矩陣(M1)洗牌成向量(V)，并將向量(V)送回認(rèn)證服務(wù)器；c5、認(rèn)證服務(wù)器將向量(V)發(fā)送至用戶；c6、用戶將向量(V)與洗牌矩陣(B)輸入認(rèn)證卡；c7、認(rèn)證卡根據(jù)缺陷幻方洗牌恢復(fù)算法將表示用戶身份信息的缺陷幻方(M2)、向量(V)與洗牌矩陣(B)合成完整矩陣(M*)；最后，驗(yàn)證該矩陣(M*)的幻方性質(zhì)是否滿足，并將驗(yàn)證結(jié)果返回用戶。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種注冊(cè)信息可公開(kāi)的幻方身份雙向動(dòng)態(tài)認(rèn)證方法，其特征在于步驟b4還可用b4*步驟代替b4*認(rèn)證卡以原始洗牌矩陣(B)作為細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的初態(tài)，并前向運(yùn)行三步以上得到此次洗牌矩陣(B*)；然后根據(jù)洗牌矩陣(B*)由洗牌算法將缺陷幻方(M2)轉(zhuǎn)換成向量(V)，并將(V)傳回用戶；同時(shí)，步驟b7則用b7*步驟代替b7*身份校驗(yàn)芯片根據(jù)置換表(P)與簽名幻方(D)解密用戶注冊(cè)身份信息(MS1)得到缺陷幻方(M1)；以原始洗牌矩陣(B)作為細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的初態(tài)，并前向運(yùn)行相同步數(shù)得到此次洗牌矩陣(B*)；然后，由洗牌恢復(fù)算法根據(jù)缺陷幻方(M1)、向量(V)與洗牌矩陣(B*)合成完整矩陣(M*)；最后，驗(yàn)證該矩陣(M*)的幻方性質(zhì)是否滿足，并將驗(yàn)證結(jié)果返回用戶。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種注冊(cè)信息可公開(kāi)的幻方身份雙向動(dòng)態(tài)認(rèn)證方法，其特征在于步驟c4還可用c4*步驟代替c4*身份校驗(yàn)芯片以原始洗牌矩陣(B)作為細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的初態(tài)，并前向運(yùn)行三步以上得到此次洗牌矩陣(B*)；然后根據(jù)洗牌矩陣(B*)將解密用戶注冊(cè)身份信息(MS1)后所得缺陷矩陣(M1)洗牌成向量(V)，并將向量(V)送回認(rèn)證服務(wù)器；同時(shí)，步驟c7則用c7*步驟代替c7*認(rèn)證卡以洗牌矩陣B作為細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的初態(tài)，并前向運(yùn)行相同步數(shù)得到此次洗牌矩陣(B*)；然后，由洗牌恢復(fù)算法根據(jù)缺陷幻方(M2)、向量(V)與洗牌矩陣(B*)合成完整矩陣(M*)；最后，驗(yàn)證該矩陣(M*)的幻方性質(zhì)是否滿足，并將驗(yàn)證結(jié)果返回用戶。
7.一種幻方數(shù)碼防偽方法，包括以下步驟d1、按序?yàn)槊恳簧唐樊a(chǎn)生一個(gè)唯一性身份碼N；d2、為每一商品N產(chǎn)生一個(gè)5階以上隨機(jī)幻方(M)與一個(gè)隨機(jī)0-1洗牌矩陣(S)，按自左至右、從上至下的順序?qū)⑾磁凭仃?S)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)，然后再轉(zhuǎn)換為一個(gè)十進(jìn)制數(shù)碼，作為該商品身份的防偽碼(V1)；d3、以洗牌矩陣(S)直接作為產(chǎn)生雙向校驗(yàn)卡的幻方分割矩陣(C)；d4、根據(jù)分割矩陣(C)分割幻方(M)得到缺陷幻方(M1)，缺陷幻方(M1)中數(shù)字對(duì)應(yīng)分割矩陣(C)中相應(yīng)元素1，然后將(M1)印刷成雙向校驗(yàn)卡片，并將身份碼(N)印刷在卡片上；d5、以幻方置換表(P)置換幻方(M)，得到置換矩陣(W)；d6、根據(jù)洗牌矩陣S將置換矩陣W分割為兩個(gè)互補(bǔ)缺陷置換矩陣(W1、W2)，缺陷矩陣W1中數(shù)字與洗牌矩陣中相應(yīng)元素1對(duì)應(yīng)，缺陷矩陣W2中數(shù)字與洗牌矩陣中相應(yīng)元素0對(duì)應(yīng)；d7、按自左至右、從上至下的順序?qū)⑷毕菥仃?W1)中的數(shù)字與其互補(bǔ)缺陷矩陣(M2)中的數(shù)字按序排成兩行，然后首尾相接構(gòu)成一個(gè)防偽碼的校驗(yàn)向量(V2)；將商品身份碼(N)與校驗(yàn)向量(V2)存儲(chǔ)于防偽數(shù)據(jù)中心中；d8、在商品上制作含有商品身份碼(N)和防偽碼(V1)的標(biāo)簽，并將防偽碼(V1)掩蓋。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的幻方數(shù)碼防偽方法，其特征在于采用固定并保密的簽名幻方(D)與置換表(P)以及不可逆細(xì)胞自動(dòng)機(jī)，步驟d3可用d3*代替，步驟d5可用d5*代替，即d3*、以洗牌矩陣(S)為不可逆細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的初始狀態(tài)，向前迭代k＝3步以上得到幻方分割矩陣(C)；d5*、以簽名幻方(D)簽名隨機(jī)幻方(M)，得到簽名矩陣(H)；再以幻方置換表(P)置換簽名矩陣(H)，得到置換簽名矩陣(W)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種用于身份真?zhèn)舞b別的幻方簽名方法，以及該方法在網(wǎng)絡(luò)身份雙向動(dòng)態(tài)認(rèn)證與幻方數(shù)碼防偽方法中的具體應(yīng)用。為每一物品隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)n階幻方(M)，將隨機(jī)幻方(M)與簽名幻方(D)的元素按位相加再取模(n
文檔編號(hào)H04L9/08GK1773906SQ20041004692
公開(kāi)日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2004年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月10日
發(fā)明者謝濤 申請(qǐng)人:謝道裕