本发明涉及PKI体系，特别是证书生成和使用领域，包括但不仅限于该领域。
背景技术
公钥基础设施PKI（Public Key Infrastructure）是基于公钥密码技术的体系，核心是实现基于公钥密码体制的密钥和证书的产生、管理、存储、分发和撤销等功能。该体系中，用户生成公私钥对；其中公钥发送给给CA，由CA生成一张X.509格式的用户公钥证书，该公钥证书被CA私钥签名后发布；其中私钥由且只能由用户持有，以保证安全性特别是不可抵赖性。
为了保护私钥的安全性，在用户生成私钥的基础上，需要将私钥进行安全存储和使用。目前常用方法有独立安全载体和应用加密存储两种。独立安全载体方法，是将私钥存储在在用户持有的独立安全载体中，需要私钥计算时，将该载体和手机/PC等计算设备相连，由业务应用调用安全载体中的私钥进行计算。安全载体方法安全性好，私钥可以被多个业务应用复用；但成本高，且和计算设备及业务应用软件兼容性不好，不利于推广。应用加密存储方法，是将私钥作为应用内部的加密数据，和应用一起存储在用户手机/PC等计算设备上；需要私钥计算时，由业务应用从内部解密取出私钥使用。应用加密存储方法和计算设备及其业务应用兼容性好，但长期本地存储容易被盗取；另外私钥和应用集成在一起，无法被其他业务应用复用；当用户更换计算设备时，私钥迁移困难。
如果能够将私钥作为一个独立文件，存储在云端，只有在用户需要时才被传输到计算设备的业务应用上并加载，计算完成后销毁；同时保证该私钥文件不可逆推出私钥，确认该私钥文件只能被用户打开；就可以兼顾安全性、可复用性和抗抵赖性。
技术实现要素：
本发明提出了一种云私钥的生成和使用方法。具体的，在生成阶段，用户端生成公私钥对；用户端将私钥、口令和生物特征使用SM9算法生成一个不可逆数据集；用户端将不可逆数据集和公钥发给证书签发机构；证书签发机构使用不可逆数据集构造和签发X.509格式的私钥证书，同时签发公钥证书。在使用阶段，私钥证书可以在证书签发机构之间转移；需要私钥时，用户端获取私钥证书副本，从证书副本中提取出不可逆数据集，录入口令和生物特征后，从不可逆数据集使用SM9算法计算出私钥使用，使用完成后销毁私钥证书副本。该方法将私钥使用SM9算法转换为不可逆数据集构成的证书文件，该证书文件中不包含任何私钥信息，通过生物特征确保只有用户可使用该文件重新计算出私钥，从而实现了私钥的云端存储、传输和即时应用，同时保证了安全性和不可否认性。
下面结合附图2对本发明进行详细说明。
本发明所述，在生成阶段，用户端在本地端生成公私钥对，如图2中MA1所示，说明如下。用户生成随机数k，使用SM9算法计算的双线性对t=e(P1,P2)，P1和P2是SM9算法的生成元，计算h1=HASH(tk)；记h1为私钥dA ，记公钥PA=dA*g，g是SM2算法参考点，*是大数乘。
本发明所述，在生成阶段，用户端将私钥、用户ID、口令和生物特征使用SM9算法生成一个不可逆数据集，如图2中MA2所示，说明如下。用户录入用户ID、口令key和生物特征；设由生物特征得到的特征模板有N个特征点，记为Xi(i=1..N)；生成D个随机数rd到r1，将其作为系数构造一元D次方程f(x)=rdxD rd-1xD-1 .. r1x1；计算Ei=tf(Xi)*tk（i=1..N）；计算key’=key⊕用户ID（⊕为异或运算），生成随机数r，计算Ti=e(key’*P1, P2)r*Ei（i=1..N）；计算R=r*P1；记数据集Q=(用户ID，R，D, Ti(i=1..N))。
本发明所述，在生成阶段，用户端将不可逆数据集和公钥发给证书签发机构，证书签发机构使用不可逆数据集构造和签发X.509格式的私钥证书，同时签发公钥证书，如图2中MA3所示，说明如下。用户端将Q和用户附属信息如姓名等，发送给证书签发机构，证书签发机构验证信息，生成一张 X.509格式的证书称为私钥证书，该私钥证书至少包括如下数据字段：（证书编号，签发机构，签发时间，有效期，Q）；该私钥证书由签发机构私钥签名并存储；该私钥证书不公开发布。
本发明所述，在使用阶段，私钥证书可以在证书签发机构之间转移；如图2中MA4所示，说明如下。在用户授权的情况下，签发机构甲将私钥证书转移给签发机构乙存储，签发机构乙验证私钥证书的签名，验证通过后接收证书并存储。
本发明所述，在使用阶段，用户使用私钥时，用户端获取私钥证书副本，从证书副本中提取出不可逆数据集，录入口令和生物特征后，从不可逆数据集使用SM9算法计算出私钥使用，使用完成后销毁私钥证书副本。如图2中MA5所示，说明如下。用户在本地端上录入用户ID，选择证书签发机构，用户端向该签发机构请求私钥证书副本；证书签发机构收到请求后，使用用户ID查找到用户私钥证书，复制该私钥证书形成副本传输给用户端；用户在本地端录入口令key和验证用生物特征；计算key’=key⊕用户ID（⊕为异或运算）；验证生物特征有M个特征点，记为Xj’(j=1..M)； Xj’点和Xi点是对应点，则利用证书中的数据集Q计算一个二元组F=（FX,FY），其中FX=Xj’,FY=Ti/e(R,key’*P2)；将M个点计算得到的二元组记为数据集Q’=(Fm(m=1..M)；从Q’中选择D个点计算s ；计算私钥dA=HASH(s)；推导如下：
MA5-1： Q’中每个Fm，FXm=Xj’，FYm=Ti/e(R,key’*P2),根据SM9双线性特性可知e(x*P1，P2)y=e(y*P1，x*P2)，
MA5-2：对于一元N次方程f(x)=anxn an-1xn-1 ..a1x,可以写成拉格朗日插值多项式为： ， 是x=0时的拉格朗日基函数，格朗日基函数具有如下性质：。
MA5-3：可以推导出，
s 指数上的就是一元D次方程f(x)=rdxD rd-1xD-1 ..r1x的x=0时的拉格朗日基函数，记为。由拉格朗日基函数性质可知，记 。
MB5-4：集合Q’中的D个点，每个点F=(FX=Xj’,FY=Ei)；如果Xj’=Xi，那么可知这D个点都是一元D次方程f(x)=rdxD rd-1xD-1 ..r1x上的点，可以推导得出s=tk：
根据以上推导，只有用户录入的验证用用户ID、口令key、生物特征，和私钥证书生成时录入的用户ID、口令、生物特征中一致，那么才可以得到s= ,可证明打开私钥证书文件并获得私钥的就是用户本人。用户计算得到dA=HASH(s)，使用dA进行密码计算，计算完成后，销毁dA和私钥证书。
该方法将私钥使用SM9算法转换为不可逆数据集构成的证书文件，该证书文件中不包含私钥任何私钥信息，通过生物特征确保只有用户可基于该文件重新计算出私钥使用，从而实现了私钥的云端存储和即时应用，同时保证了安全性和不可否认性。
附图说明
图1为云私钥生成和使用方法框图。
图2为云私钥生成和使用方法的详细步骤图。
图3、图4为云私钥生成和使用方法的的应用示意图。
具体实施方式
下面结合附图对云私钥生成和使用方法进行说明。
图3、图4是本发明应用示意图，使用指纹作为生物特征。图中包括用户、集成指纹传感器的手机及其业务应用APP、云证书服务系统。
云私钥注册，如图3所示。
A1:用户在手机的业务应用APP上启动云证书注册功能，录入用户ID、用户口令key并按压指纹，指纹通过终端上的指纹传感器采集成图像，图像处理后获得指纹特征模板，假定特征模板由N个特征点构成，每个特征点Ni是一个二元组(特征类型，特征值)，按约定规则编码成一个数值。用户ID、口令key和指纹模板在手机业务应用中进行算法处理，生成数据集Q，计算过程参见图2中MA2。
手机上的业务应用APP将Q发送给云证书服务系统。
A2：云证书服务系统生成一张x.509格式的私钥证书，私钥证书字段包括：（证书编号、签发机构、签发时间、有效期、Q）；私钥证书由签发机构签名后存储。
云私钥使用，如图4所示。
A3：用户在业务应用APP上录入用户ID、选择签发机构，向云证书服务系统申请证书副本。
A4：云证书服务系统根据用户ID得到私钥证书副本，返回给用户手机的业务应用APP。
A5：用户在手机业务应用APP上，输入口令并按压指纹，手机上的指纹传感器采集指纹后，从私钥证书副本的不可逆数据集使用SM9算法计算出私钥使用，使用完成后销毁私钥证书副本。过程参见图2中MA5。
