公钥加密技术的安全解析
1. 确定性公钥加密方案的风险
确定性公钥加密方案在实际场景中存在严重的安全漏洞。定理表明,它并非安全定义的“副产品”,也不意味着定义过强。这种方案不仅会让攻击者在相同消息被发送两次时能够察觉(如同私钥场景),而且当可能的消息集合较小时,攻击者能够恢复消息。
例如,教授对学生成绩进行加密时,窃听者知道每个学生的成绩只能是 {A, B, C, D, F} 中的一个。若教授使用确定性公钥加密方案,窃听者可以通过加密所有可能的成绩并与对应的密文进行比较,从而确定任何学生的成绩。
在公钥加密技术刚出现时,概率加密的重要性并未得到充分认识,许多现实世界的系统都采用了确定性公钥加密方案。直到 Goldwasser 和 Micali 的开创性工作,提出了相关定义并阐述了重要定理,才成为密码学领域的一个转折点。
2. 多次加密的安全性
2.1 实验定义
为了理解使用相同公钥加密多条消息的效果,我们引入了“左 - 右”预言机(LR 预言机)实验 PubKLR - cpa A,Π(n)。具体步骤如下:
1. 运行 Gen(1n) 生成密钥对 (pk, sk)。
2. 随机选择一个均匀比特 b ∈ {0, 1}。
3. 给对手 A 输入公钥 pk,并提供对 LRpk,b(·, ·) 预言机的访问权限。
4. 对手 A 输出一个比特 b′。
5. 如果 b′ = b,则实验输出为 1,否则为 0。若 PubKLR - cpa A,Π(n) = 1,则称 A 成功。
2.2 安全性定义
一个公钥加密方案 Π = (Gen,
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