37、一次性签名与变色龙哈希函数：原理、构造与应用

一次性签名与变色龙哈希函数：原理、构造与应用

1. 引言

一次性签名（OTS）方案是一种数字签名方案，每对验证/签名密钥仅能用于签署一条消息。尽管功能有限，但OTS方案在众多领域得到了广泛应用。它是许多标准签名方案早期构建的核心组件，还被用作众多密码学构造的基础模块，例如在线/离线签名方案设计、从基于身份的加密设计CCA安全的公钥加密、将标准签名方案转换为具有强不可伪造性的方案，以及多个加密方案的安全组合。此外，OTS方案还直接应用于网络协议中，如传感器网络中的消息认证和多播与广播网络中的源认证。

早期的一次性签名方案基于单向函数等一般假设构建，但这类方案生成的签名通常较大，这促使研究人员寻找替代方法。变色龙哈希函数（陷门哈希函数）在这种情况下被证明是极其有用的工具。变色龙哈希函数是一种随机碰撞抗性哈希函数，拥有陷门信息的用户能够高效生成碰撞。

2. 研究贡献

2.1 统一并解释过往工作

设计了一种将任何变色龙哈希函数转换为强不可伪造一次性签名方案的黑盒构造。这一构造证实了变色龙哈希函数在替代OTS方案方面的实用性并非偶然。例如，在将标准不可伪造签名方案转换为强不可伪造方案的研究中，一些使用变色龙哈希函数的构造可以被视为使用一次性签名方案构造的高效实例。

2.2 从识别协议构建OTS方案

结合变色龙哈希函数的构造结果，得到了一种从满足自然安全要求的Σ协议构建强不可伪造OTS方案的通用方法。与以往的工作相比，该方法的安全要求更为适度，在诸如整数分解或RSA求逆等假设下，存在满足要求的高效Σ协议。

2.3 基于标准假设的新OTS方案

基于整数分解难题