一、CLS方案提出的背景
无证书签名方案（Certificateless Signature Scheme, CLS）是一种旨在结合公钥基础设施（PKI）和基于身份的加密（IBE）的优点，同时避免它们缺点的加密技术。
CLS方案的主要目标是解决PKI中证书管理的复杂性和IBE中私钥生成器（PKG）的单点故障问题。
| 类型 | 技术 | 描述 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|---|
| 认证方案 | PKI-based | 参与者依赖于证书颁发机构（CA） | CA负责证书的颁发、认证及管理 | CA受攻击时公钥安全性无法保障；证书管理成本高 |
| 认证方案 | ID-based | 基于身份的签名技术 | 解决证书管理问题 | 私钥生成器（PKG）若不安全则可能导致私钥泄露 |
| 认证方案 | Certificateless | 无证书签名方案 | 克服了PKI和ID-based方案的题 | 密钥生成中心若不安全，用户的私钥可能会泄露。 |
CLS方案特别适合于资源受限的环境，如移动设备、物联网设备以及需要高效、灵活的认证机制的场景。举例：在V2G网络中，CLS方案可以用于
- 认证：确保电动汽车与充电站之间的通信是安全的。
- 隐私保护：通过匿名签名技术保护用户的隐私。
- 效率：减少计算和通信开销，提高网络性能。
二、CLS方案的工作原理（以V2G举例）
拿V2G网络举例，补充一下系统模型中的实体，这样有利于加深对CLS方案的理解。系统模型中的实体角色：
- TA (Trusted Authority): TA是一个完全可信的第三方，负责系统的初始化、车辆注册、签名验证以及追踪带有非法签名的车辆。
- KGC (Key Generation Center): KGC密钥生成中心是一个部分可信的实体，负责为每辆EV生成部分私钥。
- LA (Local Aggregator): LA相当于一个本地网关，用于传输信息，并且能够聚合来自不同CS的消息并将它们发送给TA。
- CS (Charging Station): CS充电桩是EV和电网之间交换电力和信息的桥梁，同时也是用户的电力购买终端。
- EV (Electric Vehicle): EV电动汽车是向TA注册过的车辆，能够通过与CS的交互从电网获取服务。
（1）简单理解一遍工作原理
① 初始化
- TA生成全局参数，并分发给所有相关实体（包括KGC和LA）。
- TA为每辆注册的EV生成一个唯一的身份标识符（ID），并将其存储在数据库中。
② 私钥生成
- 每辆EV生成自己的部分私钥，并向KGC申请另一部分私钥。
- KGC根据EV的身份标识符ID生成对应的部分私钥，并通过安全渠道发送给EV。
- EV的完整私钥由这两部分组成，这样就减少了对KGC的信任依赖。
③ 签名生成
- 当EV需要与CS进行交互时，它会使用自己的私钥生成一个签名。
- 签名包括EV的部分私钥和KGC生成的部分私钥的组合。
④ 签名验证
- CS接收到EV发送的数据包后，使用EV的公钥和KGC的公钥验证签名的有效性。
- 如果签名验证成功，则CS与EV建立安全连接，并开始电力交易或数据交换。
（2）从算法和参数中再理解一遍工作原理
一个通用的CLS方案包括六个算法，分别是：Setup、Partial-Private-Key-Extract、Set-Secret-Value、Set-Public-Key、Sign和Verify。为方便理解先给出符号含义
| 符号 | 描述 |
|---|---|
| κ | 安全参数，用于定义系统中的各种大小和复杂度。 |
| (mpk, msk) | 主公钥/私钥对，其中 mpk 是主公钥，msk 是主私钥。 |
| params | 系统参数，包括了系统运作所需的公共配置信息。 |
| ID | 用户的身份标识符，用于唯一地识别用户。 |
| DID | 部分私钥，由 KGC 为特定用户 ID 生成。 |
| xID | 身份 ID 的秘密值，用于计算用户的公钥。 |
| PKID | 用户的公钥，对应于用户 ID。 |
| m | 消息，需要签名的数据。 |
| σ | CLS 签名，即签名算法产生的签名结果。 |
通用CLS方案具体描述如下：
【注】秘密值xID就是电动汽车EV自己生成的部分私钥，而将密钥生成中心KGC生成的部分私钥DID与秘密值xID通过设置公钥算法才能得到最终的公钥PKID
