引言

隨著Web 3.0的發(fā)展，去中心化身份(Decentralized Identity, DID)已成為構(gòu)建用戶主權(quán)數(shù)字生態(tài)的基石。W3C發(fā)布的DID核心規(guī)范［1］和可驗(yàn)證憑證(Verifiable Credentials, VC)數(shù)據(jù)模型［2］為這一生態(tài)提供了標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)支撐。在DID架構(gòu)中，用戶遵循自主主權(quán)身份原則［3］，通過(guò)去中心化標(biāo)識(shí)符自主管理身份，擺脫了對(duì)中心化身份提供商的依賴。然而，隨著應(yīng)用場(chǎng)景向金融資產(chǎn)管理、醫(yī)療數(shù)據(jù)共享等高價(jià)值領(lǐng)域延伸，單一的身份認(rèn)證已難以滿足需求，多方授權(quán)機(jī)制變得至關(guān)重要。例如，Tan等人［4］指出，訪問(wèn)敏感病歷往往需同時(shí)獲得患者、醫(yī)生及醫(yī)院的共同授權(quán)；在去中心化金融中，多重簽名被廣泛用于防止單點(diǎn)私鑰泄露導(dǎo)致的資產(chǎn)損失［5］。Squicciarini等人［6］與Kinkelin等人［7］的研究也表明，細(xì)粒度的多方訪問(wèn)控制是保障分布式協(xié)作環(huán)境安全性的關(guān)鍵機(jī)制。

盡管基于角色的訪問(wèn)控制(RoleBased Access Control,RBAC)模型［8］已被廣泛研究，但在去中心化環(huán)境下實(shí)現(xiàn)多方授權(quán)仍面臨嚴(yán)峻的隱私挑戰(zhàn)。區(qū)塊鏈的透明性及共識(shí)機(jī)制的公開特性［9］使得交易數(shù)據(jù)對(duì)全網(wǎng)可見(jiàn)，引發(fā)了廣泛的隱私擔(dān)憂［10］。傳統(tǒng)的比特幣多簽合約要求公開所有參與者的公鑰，直接暴露了授權(quán)方的社交關(guān)系與行為模式。此外，現(xiàn)有的DID認(rèn)證體系如DIDAuth缺乏對(duì)匿名成員資格證明的原生支持，難以滿足Sun等人［11］提出的在復(fù)雜交互中保護(hù)用戶身份元數(shù)據(jù)的需求。

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，現(xiàn)有研究提出了一些解決方案，但仍存在局限性。在隱私憑證方面，BBS+簽名［12］和CamenischLysyanskaya (CL)簽名［13］雖然支持屬性的選擇性披露，但這類非交互式零知識(shí)證明(NIZK)在處理動(dòng)態(tài)集合成員證明時(shí)效率較低，且生成的證明尺寸通常較大?；谀藸枠涞姆桨福?4］雖然通用，但其證明尺寸隨集合大小呈對(duì)數(shù)增長(zhǎng)，不適合高頻交互場(chǎng)景。在多方授權(quán)方面，基于Schnorr的MuSig方案［15］雖然支持高效密鑰聚合，但要求簽名者在線且必須披露公鑰；基于BLS的方案［16］雖支持非交互聚合，但容易受到流氓密鑰攻擊［17］，且同樣缺乏對(duì)簽名者身份的匿名保護(hù)。一些方案嘗試?yán)脤傩曰用埽?8］或環(huán)簽名［19］來(lái)保護(hù)隱私，但往往難以在審計(jì)性［20］與計(jì)算效率之間取得平衡。

為了解決上述隱私保護(hù)與協(xié)議效率之間的矛盾，本文提出了一種具有匿名認(rèn)證能力的去中心化多方授權(quán)方案(Decentralized Multiparty Authorization Scheme with Anonymous Authentication, DMSAA)。本文的主要貢獻(xiàn)總結(jié)如下：

(1) 構(gòu)建了融合交互式匿名認(rèn)證與多方授權(quán)的通用安全模型。形式化定義了涵蓋用戶、注冊(cè)機(jī)構(gòu)、授權(quán)機(jī)構(gòu)和服務(wù)提供者四方實(shí)體的系統(tǒng)架構(gòu)及交互流程，并給出了匿名性和不可偽造性的嚴(yán)格安全博弈定義，為該領(lǐng)域的后續(xù)研究提供了理論框架。

(2) 設(shè)計(jì)了基于雙線性配對(duì)的DMSAA方案。創(chuàng)新性地將緊湊多重簽名方案與基于簽名的零知識(shí)集合成員證明協(xié)議有機(jī)融合并進(jìn)行方案構(gòu)造。同時(shí)，針對(duì)W3C標(biāo)準(zhǔn)非交互式驗(yàn)證流程的兼容性問(wèn)題，設(shè)計(jì)了交互式可驗(yàn)證表達(dá)(Interactive Verifiable Presentation, iVP)結(jié)構(gòu)，將零知識(shí)證明參數(shù)封裝其中，實(shí)現(xiàn)了隱私協(xié)議與DID生態(tài)的無(wú)縫集成。

(3) 實(shí)現(xiàn)了常數(shù)級(jí)通信開銷與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)陌踩宰C明。在隨機(jī)預(yù)言機(jī)模型下，通過(guò)混合論證法將方案的安全性嚴(yán)格歸約到計(jì)算困難問(wèn)題上。理論與實(shí)驗(yàn)分析表明，本方案生成的最終授權(quán)憑證大小為常數(shù)級(jí)，顯著降低了鏈上存儲(chǔ)成本和驗(yàn)證開銷，適用于存儲(chǔ)受限的分布式環(huán)境。

本文詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)下載：

http://ihrv.cn/resource/share/2000007020

作者信息：

牟翰翔，萬(wàn)長(zhǎng)勝

(東南大學(xué)網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院，江蘇南京211189)