26、信息论安全的密钥隔离多接收方认证码

信息论安全的密钥隔离多接收方认证码

1. 引言

当前，大多数加密技术的安全性依赖于计算难题，如整数分解或离散对数问题。然而，随着算法和计算机技术的飞速发展，这种基于计算难题假设的方案可能无法保证长期的安全性。例如，量子计算机能够在多项式时间内解决分解和离散对数问题。因此，研究不依赖于任何计算难题的加密技术是必要且有意义的。

在加密协议中，密钥泄露是最严重的威胁之一。以数字签名方案为例，若私钥被泄露，攻击者就能为所有消息生成签名，导致系统完全崩溃。为降低密钥泄露带来的风险，人们提出了多种方法：
- 密钥分割 ：将单个私钥分割给多个实体，使任何一个实体都无法重构完整的私钥。
- 密钥演化 ：实现前向安全方案，将系统的生命周期划分为离散的时间段，每个新时间段更新一次私钥，确保即使当前私钥泄露，过去时间段的安全性也不受影响。

Dodis等人提出了密钥隔离安全的概念，它结合了密钥分割和密钥演化的思想。在密钥隔离签名方案中，签名者有两个设备：一个是存储主密钥的可信设备（如智能卡、USB闪存），另一个是存储签名者私钥的不安全设备。私钥的更新在不安全设备中进行。若可信设备未被攻破，签名者最多γ个时间段的私钥可以被泄露而不影响安全性；即使可信设备被暴露，只要签名者的私钥未泄露，系统也不会被破坏，这种特性称为强密钥隔离。

此前，密钥隔离方案大多基于计算难题的难度假设。本文将研究信息论安全（即无条件安全）环境下的密钥隔离方案。

2. 研究贡献

保密性和真实性是当前加密的基本功能，通常分别通过加密和认证/签名方案来实现。Hanaoka等人首次提出