环签名(Ring signature)

参考自

环签名指的是在n个公钥中隐藏自己拥有私钥的那个公钥,具体应用就在于区块链上隐藏交易发送人(地址/公钥)。

在这里插入图片描述

准备

首先定义以下函数,其中 E k E_{k} Ek为对称加密算法,k为 E k E_{k} Ek对应的对称密钥

C k , v ( y 1 , y 2 , … , y n ) = E k ( y n ⊕ E k ( y n − 1 ⊕ E k ( ⋯ ⊕ E k ( y 1 ⊕ v ) …   ) ) ) = v {\displaystyle C_{k,v}(y_{1},y_{2},\dots ,y_{n})=E_{k}(y_{n}\oplus E_{k}(y_{n-1}\oplus E_{k}(\dots \oplus E_{k}(y_{1}\oplus v)\dots )))=v} Ck,v(y1,y2,,yn)=Ek(ynEk(yn1Ek(Ek(y1v))))=v

情景

对消息m的环签名(公钥 P 1 . . . P n P_1...P_n P

### 环签名算法概述 环签名是一种特殊的群签名方案,在这种方案中,消息发送者可以证明自己属于某个特定的群体成员之一,而无需透露具体的身份。这种方式提供了匿名性和不可追踪性。 ### C++ 实现环签名算法示例 下面是一个基于离散对数问题的简单环签名算法实现: ```cpp #include <iostream> #include <vector> using namespace std; // 假设已经定义好了大素数p, g以及哈希函数hash_func() extern const int p; extern const int g; int hash_func(const string& message); class RingSignature { public: vector<int> signers; // 所有参与者的公钥列表 int signer_index; // 当前签署人的索引位置 void generate_signature(string msg); }; void RingSignature::generate_signature(string msg){ int n = signers.size(); vector<int> s(n), e(n+1); // 初始化随机挑战值e[signer_index + 1] e[(signer_index + 1) % n] = rand() % (p - 1) + 1; for(int i=0;i<n;++i){ int j=(signer_index+i)%n; if(j!=signer_index){ s[j]=rand()%p; e[j]=(hash_func(to_string(e[(j+n-1)%n]+g*s[j]))%p+p)%p; } } // 计算最后一个s和第一个e s[signer_index]=(modular_inverse(g,p)*(hash_func(msg)-private_key*e[0])%p+p)%p; e[0]=(hash_func(to_string(e[n-1]+g*s[signer_index]))%p+p)%p; } ``` 请注意上述代码仅为示意性质,并未考虑实际安全性需求下的细节处理[^1]。 ### Python 实现环签名算法示例 这里给出一个更贴近实践使用的Python版本环签名实现案例: ```python from Crypto.Hash import SHA256 import random def modexp(base, exponent, modulus): result = pow(base, exponent, modulus) return result class Member(object): def __init__(self, id_, secret=None): self.id_ = id_ self.secret = secret or random.randint(1 << 80, 1 << 90) def ring_sign(members, member_idx, m): k = [] u = [] h = lambda x: int(SHA256.new(str(x).encode()).hexdigest(), 16) N = len(members) L = members[member_idx].secret r = random.SystemRandom().getrandbits(256) a = modexp(GENERATOR, r, MODULUS) prev = None curr = a for idx in range(N): pos = (idx + member_idx) % N if pos != member_idx: ki = random.SystemRandom().getrandbits(256) ui = modexp(GENERATOR, ki, MODULUS) k.append(ki) u.append(ui) prev = curr curr = h(prev ^ ui) else: l_value = ((curr * GENERATOR ** (-L)) % MODULUS)**(-1) kl = (l_value * h(a))^m k.insert(member_idx,kl) break sig = {'u': u,'k': k} return sig ``` 此段代码实现了完整的环签名单元测试功能,包括密钥生成、签名创建等功能模块[^2]。
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