基于TUOV数字签名算法的可否认环签名方案

doi:10.3969/j.issn.1671-1122.2026.06.004

信息网络安全 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (6): 886-898.doi: 10.3969/j.issn.1671-1122.2026.06.004

基于TUOV数字签名算法的可否认环签名方案

张艳硕(), 严梓洋, 李柏衡, 陈辉焱, 刘冰

北京电子科技学院密码科学与技术系，北京 100070

收稿日期:2025-11-14 出版日期:2026-06-10 发布日期:2026-07-27
通讯作者: 张艳硕 E-mail:zhang_yanshuo@163.com
作者简介:张艳硕（1979—），男，陕西，副教授，博士，CCF高级会员，主要研究方向为密码理论及其应用|严梓洋（2001—），男，湖南，硕士研究生，主要研究方向为多变量公钥密码|李柏衡（2000—），男，山东，硕士研究生，主要研究方向为后量子公钥密码|陈辉焱（1968—），男，山东，正高级工程师，博士，主要研究方向为后量子密码、公钥密码|刘冰（1976—），男，河北，副教授，博士，主要研究方向为密码编码、量子密码
基金资助:
国家密码科学基金(2025NCSF02028);中央高校基本科研业务(3282024001)

Deniable Ring Signature Scheme Based on TUOV Digital Signature Algorithm

ZHANG Yanshuo(), YAN Ziyang, LI Baiheng, CHEN Huiyan, LIU Bing

Department of Cryptography Science and Technology, Beijing Electronic Science and Technology Institute, Beijing 100070, China

Received:2025-11-14 Online:2026-06-10 Published:2026-07-27
Contact: ZHANG Yanshuo E-mail:zhang_yanshuo@163.com

摘要/Abstract

摘要：

可否认环签名是一种在无可信第三方的情况下，允许环成员确认或否认自身为签名者的签名方案，能够有效平衡隐私保护与可控监管，具有广泛的应用前景。为完善和拓展多变量后量子密码体系，文章提出一种基于三角非平衡油醋（TUOV）数字签名算法的可否认环签名方案，实现了对签名的可验证与可否认。通过形式化证明实验，验证该方案在正确性、不可伪造性、匿名性、可追踪性及不可诽谤性等5个方面的安全性和有效性。此外，文章通过与基于格的可否认环签名（RRS）方案和基于商用密码算法系列2号标准（SM2）的可否认环签名方案在通信开销和计算开销方面进行对比分析，验证该方案具有良好的实用性。

关键词: 后量子密码, 多变量公钥密码, TUOV数字签名算法, 环签名, 可否认环签名

Abstract:

Deniable ring signature is a signature scheme that allows ring members to confirm or deny their identity as the signer in the absence of a trusted third party. It effectively balances privacy protection and controllable supervision, and has broad application prospects. To improve and expand the multivariable post-quantum cryptosystem, this paper proposed a denial-of-service ring signature scheme based on the triangular unbalanced oil and vinegar (TUOV) digital signature algorithm, which achieved verifiability and deniability of signatures. Through formal proof, the security and effectiveness of the scheme in terms of correctness, unforgeability, anonymity, traceability, and non-defamation were verified. Furthermore, this paper conducted a comparative analysis with the reputation ring signature (RRS)scheme based on lattices and the Denial-of-Service ring signature scheme based on the Shangyong mima 2 (SM2) standard in terms of communication and computational overhead, demonstrating good practicality.

Key words: post-quantum cryptography, multivariate public key cryptography, TUOV digital signature algorithm, ring signature, deniable ring signature

中图分类号:

TP309

张艳硕, 严梓洋, 李柏衡, 陈辉焱, 刘冰. 基于TUOV数字签名算法的可否认环签名方案[J]. 信息网络安全, 2026, 26(6): 886-898.

ZHANG Yanshuo, YAN Ziyang, LI Baiheng, CHEN Huiyan, LIU Bing. Deniable Ring Signature Scheme Based on TUOV Digital Signature Algorithm[J]. Netinfo Security, 2026, 26(6): 886-898.

图/表 5

表1

表2

表3

表4

表5

参考文献 15

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符号	定义
$\lambda $	安全参数
${{{F}}_{q}} $	q阶有限域
${F}_{q}^{n} $	${F}_{q}^{{}} $上的n维向量空间
B	${F}_{q}^{{}} $上的矩阵
$a,b,\cdots $	${F}_{q}^{{}} $上的列向量
${x}={{({{x}_{1}},\cdots,{{x}_{n}})}^{\text{T}}} $	默认情况下的列向量
$[n] $	集合{1,2,…,n}
${{{0}}_{k}} $	k维零向量
${{{I}}_{n}} $	n维单位矩阵
Setup	TUOV算法参数设置算法
KeyGen	密钥生成算法
Sign	签名算法
Verify	验证算法
PPT	Probabilistic Polynomial Time的缩写，表示概率多项式时间

方案	签名算法通信开销	确认算法通信开销	否认算法通信开销
本文方案	$kn\cdot {{\log }_{2}}q $	$2n+m+32 $	$2n+m+32 $
文献[11]方案	${{\lambda }^{3}}\cdot \text{lo}{{\text{g}}_{2}}k $	${{\lambda }^{3}}\cdot \text{lo}{{\text{g}}_{2}}k $	${{\lambda }^{3}}\cdot \text{lo}{{\text{g}}_{2}}k $
文献[12]方案	$\left( n+2 \right)\left\| p \right\|+\left\| G \right\| $	$3\left\| p \right\|+3\left\| G \right\| $	$4\left\| p \right\|+\left\| {z} \right\|+2\left\| G \right\| $

比特安全级别	性能指标	5个环成员	10个环成员	20个环成员	50个环成员
128位	参数 $(n,m,{{m}_{1}},q) $	(112,44, 22,256)	(112,44, 22,256)	(112,44, 22,256)	(112,44, 22,256)
	环组公钥尺寸/KB	208.05	416.09	832.19	2080.47
	签名尺寸/B	560	1120	2240	5600
192位	参数 $(n,m,{{m}_{1}},q) $	(184,72, 36,256)	(184,72, 36,256)	(184,72, 36,256)	(184,72, 36,256)
	环组公钥尺寸/KB	911.33	1822.66	3645.31	9113.28
	签名尺寸/B	920	1840	3680	9200
256位	参数 $(n,m,{{m}_{1}},q) $	(244,96, 48,256)	(244,96, 48,256)	(244,96, 48,256)	(244,96, 48,256)
	环组公钥尺寸/KB	2160.07	4320.16	8640.31	21600.78
	签名尺寸/B	1220	2440	4880	12200

方案	具体算法	计算开销
本文方案	签名	$O({{n}^{3}})+O(2{{n}^{2}}) $
	验证	$O(k{{n}^{2}}) $
	确认 $({v}=1) $	$O({{n}^{2}}) $
	否认 $({v}=1) $	$O({{n}^{2}}) $
文献[11]方案	签名	$O({{n}^{2}}\text{lo}{{\text{g}}_{\text{2}}}q) $
	验证	$O({{n}^{2}}\text{lo}{{\text{g}}_{\text{2}}}q) $
	确认 $({v}=1) $	$O({{n}^{2}}\text{lo}{{\text{g}}_{\text{2}}}q) $
	否认 $({v}=1) $	$O({{n}^{2}}\text{lo}{{\text{g}}_{\text{2}}}q) $
文献[12]方案	签名	$O(n) $
	验证	$O(n) $
	确认 $({v}=1) $	$O(1) $
	否认 $({v}=1) $	$O(\text{lo}{{\text{g}}_{\text{2}}}q) $

比特安全级别	性能指标	5个环成员	10个环成员	20个环成员	50个环成员
128位	参数 $(n,m,{{m}_{1}},q) $	(112,44, 22,256)	(112,44, 22,256)	(112,44, 22,256)	(112,44, 22,256)
128位	计算开销（CPU周期数）	1998	3740	7225	17680
192位	参数 $(n,m,{{m}_{1}},q) $	(184,72, 36,256)	(184,72, 36,256)	(184,72, 36,256)	(184,72, 36,256)
192位	计算开销（CPU周期数）	6143	11400	21914	53456
256位	参数 $(n,m,{{m}_{1}},q) $	(244,96, 48,256)	(244,96, 48,256)	(244,96, 48,256)	(244,96, 48,256)
256位	计算开销（CPU周期数）	11175	20777	39981	97593

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