// 비밀서명 기법 (Secret Signature Scheme)  
// Byoungcheon Lee, Kim-Kwang Raymond Choo, Jeongmo Yang, and Seungjae Yoo, Secret Signatures: How to Achieve Business Privacy Efficiently?, WISA 2007, LNCS 4867, pp. 30-47, 2007.
// http://cris.joongbu.ac.kr/publication/SS-WISA2007.pdf
// 일반 전자서명은 서명자의 공개키를 알고 있으면 누구나 검증 가능함. 비밀서명은 서명자 A가 특정 수신자 B만 검증할 수 있도록 특별하게 제공하는 전자서명임. 

import java.math.BigInteger;
import java.util.Scanner;
import java.security.*;

public class SecretSig {
	public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException {
		Scanner s;
		s = new Scanner(System.in);
		
		System.out.println("비밀서명 기법 (Secret Signature Scheme) "); 
		System.out.println("Byoungcheon Lee, Kim-Kwang Raymond Choo, Jeongmo Yang, and Seungjae Yoo, Secret Signatures: How to Achieve Business Privacy Efficiently?, WISA 2007, LNCS 4867, pp. 30-47, 2007.");
		System.out.println("http://cris.joongbu.ac.kr/publication/SS-WISA2007.pdf");
		System.out.println("일반 전자서명은 서명자의 공개키를 알고 있으면 누구나 검증 가능함. 비밀서명은 서명자 A가 특정 수신자 B만 검증할 수 있도록 특별하게 제공하는 전자서명임. ");
		System.out.println();
		
		// ------------------- 키생성 ----------------------
		System.out.println("1. 키생성 (Key Generation) "); 
		System.out.print("q의 비트수를 입력하세요 (160)>> ");
		int blq = s.nextInt();
		System.out.print("p의 비트수를 입력하세요 (1024)>> ");
		int blp = s.nextInt();
		
		BigInteger one = new BigInteger("1"); 
		BigInteger two = new BigInteger("2"); 
		BigInteger q, qp, p, a, g;
		BigInteger xa, ya;  // 서명자(송신자)의 키쌍
		BigInteger xb, yb;  // 검증자(수신자)의 키쌍
        int certainty = 10; // 소수일 확률을 정한다.
        SecureRandom sr = new SecureRandom(); // 난수를 생성한다.        
		 
        q = new BigInteger(blq, certainty, sr);   // blq 비트의 소수 
        System.out.println("q = "+q); 
        
        // p = 2*q*qp+1 인 소수 p를 선택 
		int i=0;
		qp = new BigInteger(blp-blq, certainty, sr);  // 비트수가 blp-blq인 소수를 난수로 생성  
		do {			
			p = q.multiply(qp).multiply(two).add(one); // p = 2*q*qp+1 를 계산 
			if (p.isProbablePrime(certainty)) break;   // 이렇게 계산된 p가 소수이면 선택  
			qp = qp.nextProbablePrime();               // 아니면 다른 소수를 시도 
			i++;
		} while (true);
		System.out.println("loop = "+i); 
		System.out.println("p = "+p); 
		System.out.println("p의 bit수  = "+p.bitLength()); 
		System.out.println();
		
		// g^q mod p = 1 를 만족하는 생성자 g를  선택 
		i=0;
		a = new BigInteger(blp-1, sr);  // blp 비트의 수를 난수로 생성  
		do {			
			g = a.modPow((p.subtract(one)).divide(q),p); // g = a^((p-1)/q) mod p = a^(2*qp) mod p 를 계산 
			if(g.modPow(q, p).equals(one)) break;  // g^q mod p = 1 이면 g를 생성자로 선택하고 break  
			a = a.add(one);  // 아니면 다른 수를 시도 
			i++;
		} while (true);
		System.out.println("loop = "+i);		
		System.out.println("g = "+g); 
		System.out.println("q|p-1 = "+(p.subtract(one)).mod(q)); // (p-1)은 q로 나누어 떨어지는 수인지 확인   
		System.out.println("g^q mod p = "+g.modPow(q, p));  // 이 값은 1이 되어야 함
		System.out.println();
		
		xa = new BigInteger(blq, sr);  // 개인키를 난수로 선택 
		ya = g.modPow(xa, p);          // 공개키 계산 
		xb = new BigInteger(blq, sr);  // 개인키를 난수로 선택 
		yb = g.modPow(xb, p);          // 공개키 계산 
				
		System.out.println("서명자(송신자) A의 개인키: xa = "+ xa);
		System.out.println("서명자(송신자) A의 공개키: ya = "+ ya);
		System.out.println("검증자(수신자) B의 개인키: xb = "+ xb);
		System.out.println("검증자(수신자) B의 공개키: yb = "+ yb);
		System.out.println();
		
		// ------------------- 서명 생성 ----------------------
		System.out.println("2. 비밀서명 생성 (Secret Signing) ");
		String plaintext = "This is a simple message for Secret signature.";  // 서명할 평문 
		BigInteger k, U, W, V, H;  
		k = new BigInteger(blq, sr);  // k를 난수로 선택 
		U = g.modPow(k,p);            // U = g^k mod p 
		W = yb.modPow(k,p);           // W = yb^k mod p  
			
		MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA1"); // SHA1 해쉬함수를 이용하여 
		md.update(plaintext.getBytes());					   
		md.update(U.toString().getBytes());
		md.update(W.toString().getBytes()); 
		byte[] digest = md.digest(); 						  // H(m,U,W)를 계산
		
		H = new BigInteger(1, digest); 			// digest 값을 BigInteger로 변환 
		V = (k.add(xa.multiply(H))).mod(q);		// V = (k + xa * H) mod q 
		System.out.println("m = "+plaintext);
		System.out.println("U = "+U);
		System.out.println("V = "+V);
		System.out.println("A-->B 전송하는 서명값 = (m,U,V)");
		System.out.println();
		
		// ------------------- 서명 검증 ----------------------
		System.out.println("3. 비밀서명 검증 (Secret Signature Verification) ");
		BigInteger left = g.modPow(V,p);			// 왼쪽값 = g^V mod p 계산 
		BigInteger WW = U.modPow(xb,p);				// WW = U^xb mod p = yb^k mod p = W
		// 감추어진 WW를 계산해야만 서명을 검증할 수 있음. 이것은 xb를 알고 있는 수신자 B만이 계산할 수 있음.   
		MessageDigest md1 = MessageDigest.getInstance("SHA1");
		md1.update(plaintext.getBytes());
		md1.update(U.toString().getBytes());
		md1.update(WW.toString().getBytes());
		byte[] digest1 = md1.digest(); 		        // H(m,U,W)를 계산 
		
		BigInteger HH = new BigInteger(1, digest1); // digest 값을 BigInteger로 변환 
		BigInteger right = (ya.modPow(HH,p).multiply(U)).mod(p);  // 오른쪽값 = ya^HH * U mod p 계산  

		System.out.println("Left  = "+left); 
		System.out.println("Right = "+right); 
		if(left.equals(right)) 								// 왼쪽, 오른쪽 값이 같으면 서명이 유효 
			System.out.println("Secret signature is valid");
		else 
			System.out.println("Secret signature is not valid");
	}
}