Leftover Hash Lemma(LHL):剩余哈希引理

本文介绍抗碰撞与Universal哈希函数的概念,并探讨了剩余哈希引理及其广义形式,强调其在信息安全领域的应用价值。

目录

一. 抗碰撞哈希函数

二. Universal 哈希函数

三.剩余哈希引理

四.广义的剩余哈希引理


哈希函数是一种确定多项式时间可计算的函数。在不同的应用场景中,对哈希函数的性质要求是不同的。本篇文章将首先解释两种常用的哈希函数,接着阐述剩余哈希引理(Leftover Hash Lemma)的理解。

一. 抗碰撞哈希函数

一个哈希函数族H=\lbrace H:x\rightarrow y\rbrace是抗碰撞的,如果对于任意的PPT敌手\phi,满足如下方程:

Adv_{H,\phi}^{cr}(n):=Pr[H,(x,x')\leftarrow \phi(H):H(x)=H(x')\wedge x\not= x']\leq negl(n)

二. Universal 哈希函数

一个哈希函数族H=\lbrace H:x\rightarrow y\rbrace是universal的,如果对于所有 x\not= x',都有如下:

Pr[H:H(x)=H(x')]\leq \frac{1}{|y|}

三.剩余哈希引理

剩余哈希引理主要是针对Universal哈希函数。一个哈希函数族(H:D\rightarrow R)被称之为X-wise独立的,如果对于任意X个元素x_1,\cdots,x_X\in D,变量H(x_1),\cdots,H(x_X)是均匀随机的。

H:K\rightarrow \lbrace 0,1\rbrace^\lambda是一个2-wise独立的哈希函数族。令X\in K是一个随机变量且满足H_\infty(X)\geq\mu,则有如下:

SD((H,H(X)),(H,U_\lambda))\leq 2^{(\lambda-\mu)/2}

上式子中,H\leftarrow h, U_\lambda\leftarrow \lbrace 0,1\rbrace^\lambda,\mu\geq\lambda

四.广义的剩余哈希引理

 令H:K\rightarrow \lbrace 0,1\rbrace^\lambda是一个4-wise独立的哈希函数族。令(X,X')\in K\times K是两个随机变量且满足如下:

H_\infty(X)\geq \mu,\quad H_\infty(X')\geq \mu,\quad Pr[X=X']\leq\delta

则可得到如下:


SD((H,H(X),H(X')),(H,U_{2\lambda}))\leq \sqrt{1+\delta}\cdot 2^{\lambda-\mu/2}+\delta

上式子中,H\leftarrow h, U_{2\lambda}\leftarrow \lbrace 0,1\rbrace^{2\lambda}

给出如上完整的定义,比较通俗的理解方式后续再补充。

 

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