安全多方计算之四:比特承诺

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安全多方计算之四:比特承诺

2024-07-13 02:32| 来源: 网络整理| 查看: 265

比特承诺 1. 简介2. 基于对称密码算法的比特承诺方案3. 基于单向函数的比特承诺方案4. Pederson承诺协议

1. 简介

比特承诺方案是密码协议的重要成分,广泛应用于电子拍卖、商业谈判、电子投票、电子现金和在线游戏等领域,还可以用于零知识证明、身份认证和安全多方计算协议等。

比特承诺方案(Bit Commitment Scheme)解决这样的问题:Alice向Bob承诺一个预测(比特值),直到一段时间之后才揭示着预测(比特值);在这期间,Alice不能改变自己的预测(比特值)。

比特承诺的一个直观例子:Alice 把消息 M M M(承诺)放在一个箱子里(只有Alice有钥匙)并将它锁住送给Bob,等到 Alice 决定向 Bob证实消息 M M M时,Alice把消息 M M M及钥匙给 Bob,Bob 能够打开箱子并验证箱子里的消息同 Alice出示的消息是否相同,且Bob 确信箱子里的消息在他保管期间没有被篡改。

比特承诺包括两个阶段:

承诺阶段:Alice选择一个要承诺的比特或比特序列 b b b,并把能表示该比特的消息 c c c发送至Bob。打开阶段:Alice把打开承诺的消息 d d d与承诺 b b b,发送至Bob;Bob用 d d d打开消息 c c c,验证 b b b是否为A承诺的比特。

一个安全的比特承诺方案需满足以下两个性质:

隐藏性:承诺阶段,接收方Bob不能得到发送方Alice承诺的比特值。一个承诺方案是完善隐蔽的,如果接收方不能从发送的消息中得到关于承诺的任何消息。绑定性:给定承诺阶段的交互信息,接收者只能接受一个合法的承诺。即发送方不能在打开承诺的阶段改变自己承诺的比特。

常见的比特承诺方案有基于对称密码算法的,基于单向函数的以及基于数学难解问题的,包括基于大数分解的与基于离散对数的等。

2. 基于对称密码算法的比特承诺方案

承诺者Alice要向检验者Bob承诺 b b b,基于对称密码算法的比特承诺方案如下:

Alice 和 Bob 共同选定某种对称加密算法 E E E

承诺阶段:

Bob产生一个随机比特串 r r r并发送给 AliceAlice 随机选择一个密钥 k k k,利用对称加密算法 E E E对 r r r和需承诺的比特 b b b加密得 c = E ( r , b ) c=E(r,b) c=E(r,b),最后将加密后的结果 c c c发送给验证者 Bob

打开阶段:

当需要 Alice 公开承诺时,她将密钥 k k k和承诺的比特 b b b发送给 BobBob利用密钥 k k k解密 c c c,并利用他的随机串 r r r检验比特 b b b的有效性。 3. 基于单向函数的比特承诺方案

承诺者Alice要向检验者Bob承诺 b b b(或消息串 M M M),基于单向函数的比特承诺方案如下:

Alice和Bob共同选定一个单向函数 H ( ⋅ ) H(·) H(⋅),如Hash函数

承诺阶段:

Alice生成两个随机数 r 1 , r 2 r_1,r_2 r1​,r2​,计算单向函数值 h = H ( r 1 , r 2 , b ) h=H(r_1,r_2,b) h=H(r1​,r2​,b),并将散列结果 h h h和其中一个随机数,如 r 1 r_1 r1​发送给Bob

打开阶段:

当Alice向Bob出示承诺 b b b时,把承诺 b b b和另一个随机数 r 2 r_2 r2​一起发送给BobBob计算 H ( r 1 , r 2 , b ) H(r_1,r_2,b) H(r1​,r2​,b)的值,并与第(2)步收到的 h h h值做比较,验证承诺 b b b的有效性。

Alice通过发送随机数 r 1 r_1 r1​对 b b b做出承诺,也就是说散列值 h h h和随机数 r 1 r_1 r1​构成了Alice向Bob承诺的证据。

该协议的优点是Bob不必发送任何消息。

4. Pederson承诺协议

承诺者Alice要向检验者Bob承诺 m m m,Pederson的比特承诺方案如下:

系统参数: p 、 q p、q p、q是大素数,且 q / p − 1 q/p-1 q/p−1 , 满足 Z p Z_{p} Zp​中离散对数问题是难解的, g g g 是 Z p ∗ Z_{p}^{*} Zp∗​ 的 本原元,随机数 y ∈ Z p ∗ y \in Z_{p}^{*} y∈Zp∗​

承诺阶段:

Alice 选择需要承诺的消息比特串 m ∈ Z q m \in Z_{q} m∈Zq​, 并生成随机数 r ∈ Z q ∗ r \in Z_{q}^{*} r∈Zq∗​; 计算 c = g r y m   m o d   p c= g^{r} y^{m} \bmod p c=grymmodp 作为对消息 m m m的承诺,将 c c c发送至 Bob。

打开阶段:

Alice将 m m m与 r r r发送至Bob;Bob通过收到的 r r r打开承诺,验证 c c c的计算是否与收到的承诺一致。如果一致,则认为承诺有效,否则无效。



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