21、前向安全属性基签名技术解析

前向安全属性基签名技术解析

1. 引言

属性基签名（ABS）是一种用于提供签名者匿名性的原语，它允许实体对消息进行签名，同时对识别信息进行细粒度控制。一个有效的 ABS 签名仅证明“某个属性满足谓词的单一用户已认可该消息”。环签名和群签名可视为 ABS 的特殊情况。在 ABS 中，每个实体拥有一组属性，密钥授权机构会生成相关的私钥，用户可以使用满足谓词的属性对消息进行签名，且签名不会透露用于满足谓词的具体属性集。例如，“（工程师，A 部门）”或“（工程师，B 部门）”都能独立生成 ABS 签名，让接收者知道签名由“工程师”生成，但不会泄露部门信息。此外，ABS 用户不能合谋组合他们的属性。

2. 密钥暴露问题

普通数字签名存在一个根本限制：如果签名者的私钥被泄露，该签名者的所有签名都将变得毫无价值。一旦私钥泄露，任何消息都可能被伪造，不仅未来的签名无效，之前的签名也无法信任。虽然可以采取密钥撤销机制来防止使用泄露的私钥生成新签名，但无法解决过去签名的可伪造性问题。

在 ABS 中，密钥暴露问题更为严重。如果用户的秘密密钥被泄露，攻击者不仅可以为任何文档生成 ABS 签名，还能代表具有相同属性的任何用户签署文档。一个用户的秘密密钥泄露不仅需要更改整个组的属性名称，还会使之前获得的所有 ABS 签名无效，因为无法区分签名是在攻击者获取秘密密钥后生成的，还是在密钥泄露前由合法用户生成的。

为解决密钥暴露问题，前向安全签名方案应运而生。其目标是即使当前秘密密钥被泄露，也能保持过去签名的有效性。该概念由 Anderson 首次提出，Bellare 和 Miner 设计了相应的解决方案。其核心思想是将公钥的有效时间划分为 T 个时间段，每个时间段使用不同的秘密