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安全大咖說丨環(huán)簽名：數(shù)字世界的“隱身術(shù)”
想象一下：一群大臣想向國王進(jìn)諫，卻擔(dān)心因帶頭提議而獲罪。17世紀(jì)的法國人想出一個(gè)妙招——他們將所有人的姓名以圓環(huán)的形式排列，隱匿了順序，首倡者也就無從查起（如圖1）。這個(gè)古老智慧，正是現(xiàn)代密碼學(xué)中“環(huán)簽名”技術(shù)的靈感雛形。
圖1：環(huán)形簽名思想
一、環(huán)簽名是什么？
簡單來說，它是一種讓簽名者能夠隱藏在“一群人”中的簽名技術(shù)。與群簽名不同，環(huán)簽名不需要一個(gè)中心管理者，也不需要環(huán)內(nèi)其他成員的配合。簽名者只需利用自己的私鑰和環(huán)中其他成員的公鑰，就能獨(dú)立完成簽名。而驗(yàn)證者雖然能確認(rèn)簽名確實(shí)來自環(huán)中的某個(gè)成員，卻無法確定具體是誰。
圖2：環(huán)簽名示意圖
環(huán)簽名中，簽名者會(huì)利用自己的私鑰將簽名中的一系列值首尾相連，組成一個(gè)環(huán)，從而使得驗(yàn)證者無法確定簽名者使用的公鑰（如圖2所示）。
二、它的魔力在于：
無條件匿名性：即使攻擊者獲得了環(huán)中所有成員的私鑰，也無法確定簽名是由哪個(gè)成員生成的。在環(huán)中有n個(gè)成員的情況下，攻擊者猜中簽名者的概率不超過1/n。
正確性：環(huán)簽名是可以被公眾驗(yàn)證的。驗(yàn)證者只需根據(jù)公鑰集合和簽名本身，就能確認(rèn)簽名是否有效。
不可偽造性：外部攻擊者無法偽造出另一個(gè)有效的簽名，這保證了環(huán)簽名的安全性和可靠性。
三、環(huán)簽名的兩種類型：
環(huán)簽名技術(shù)不斷發(fā)展，形成了多種類型，其中最常見的有普通環(huán)簽名和可關(guān)聯(lián)環(huán)簽名。
普通環(huán)簽名：最早的環(huán)簽名算法由三位密碼學(xué)家Rivest、Shamir和Tauman在2001年提出。它基于RSA算法，通過一系列復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)了簽名者的匿名性。在普通環(huán)簽名中，同一個(gè)簽名者生成的多個(gè)簽名是無法被識(shí)別的。
可關(guān)聯(lián)環(huán)簽名：在某些應(yīng)用場(chǎng)合，如電子選舉中，需要識(shí)別同一個(gè)簽名者生成的多個(gè)簽名，以防止作弊行為。可關(guān)聯(lián)環(huán)簽名算法就是為了解決這個(gè)問題而提出的。它能夠在保持簽名者匿名性的同時(shí)，通過關(guān)聯(lián)驗(yàn)證識(shí)別來自同一個(gè)簽名者的簽名。
四、環(huán)簽名的應(yīng)用場(chǎng)景：
環(huán)簽名技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景，其中最為典型的包括電子選舉和電子支付。
電子選舉：在電子選舉中，所有投票人都可以作為環(huán)成員。投票人使用各自的私鑰和環(huán)中其他成員的公鑰集合分別簽名產(chǎn)生電子選票。這樣，既保證了電子選票的有效性，又保護(hù)了投票人的隱私。同時(shí)，通過關(guān)聯(lián)驗(yàn)證，還可以杜絕同一投票人重復(fù)投票的行為。
電子支付：在電子支付領(lǐng)域，交易的隱私性是電子支付用戶的基本要求。以比特幣為例，雖然它提供了一種類似“假名”的機(jī)制，使用錢包地址代替交易參與方的真實(shí)身份，提供了一定程度上的隱私保護(hù)。但由于所有交易都是公開可追蹤的（如圖3所示），攻擊者仍有可能通過分析資產(chǎn)轉(zhuǎn)移路徑來獲取交易者的真實(shí)身份。為了解決這個(gè)問題，門羅幣等數(shù)字貨幣采用了環(huán)簽名技術(shù)。通過環(huán)簽名，可以隱藏簽名者對(duì)應(yīng)的公鑰，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)資產(chǎn)轉(zhuǎn)移路徑的隱藏，進(jìn)一步保護(hù)用戶的隱私。
圖3：比特幣交易記錄
環(huán)簽名作為一種能夠在保護(hù)隱私的前提下實(shí)現(xiàn)認(rèn)證的技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著數(shù)字時(shí)代的不斷發(fā)展，環(huán)簽名技術(shù)將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為我們的數(shù)字生活帶來更多便利和安全。