瞬时密钥密码学

概述

瞬时密钥密码学是一种公钥密码学形式，其中密钥对是在短暂的时间间隔内生成并分配给该间隔，而不是分配给个人或组织，并且加密数据块在时间上链式连接。在瞬时密钥系统中，私钥被短暂使用然后销毁，这就是为什么它有时被称为“一次性加密”。使用与特定时间间隔相关的私钥加密的数据可以无可辩驳地链接到该间隔，这使得瞬时密钥密码学对于数字可信时间戳非常有用。瞬时密钥密码学由 Eolas 的 Michael Doyle 于 1997 年发明，并已被采纳为可信时间戳的 ANSI ASC X9.95 标准。

公钥与瞬时密钥

公钥和瞬时密钥系统都可以用于生成数字签名，以断言给定的数据自签名以来没有发生变化。但相似之处仅此而已。在传统的公钥系统中，公钥/私钥对通常分配给个人、服务器或组织。由私钥签名的数据断言签名来自指示的源。密钥对可以持续数年，因此必须小心保护私钥免于泄露；在公钥系统中，任何有权访问私钥的人都可以伪造该人的数字签名。 然而，在瞬时密钥系统中，密钥对被分配给短暂的时间间隔，而不是特定的个人或实体。由特定私钥签名的数据与特定的时间和日期相关联。密钥对仅激活几分钟，之后私钥被永久销毁。因此，与公钥系统不同，瞬时密钥系统不依赖于私钥的长期安全性。

建立数据完整性

在瞬时密钥系统中，时间源必须是所有发送者和接收者都理解的一致标准。由于本地系统时钟可能会被用户更改，因此它永远不会用作时间源。取而代之的是，根据可信时间戳的 ANSI ASC X9.95 标准，使用源自协调世界时 (UTC) 且精确到毫秒的时间值对数据进行数字签名。每当瞬时密钥系统中的时间间隔到期时，就会生成一个新的公/私钥对，并使用来自前一个间隔的私钥对新的公钥进行数字认证。然后旧私钥被销毁。这种“密钥链”系统是当今流行的区块链技术的直接祖先。 对于新的间隔，时间值是从受信任的第三方源获得的，并且可以使用基于内部系统定时器的时间偏置方法在接收到的时间之间内插时间中的特定时刻。如果无法获得受信任的时间源或其运行不在指定的容差范围内，则不会颁发瞬时私钥。在这种情况下，时间间隔链终止，并开始一个新的时间链。通过网络存档将旧链和新链连接起来，这使得所有服务器无论链需要重新启动多少次，都可以继续验证受保护数据的历史数据完整性。 链的起点和每个间隔的起点可以组合在一起，形成不间断的公钥序列，可用于以下用途：

无可辩驳地识别一组数据被签署的时间。 识别数据在签署时的确切状态。 作为一项额外的安全措施，在间隔期间提出的所有签名请求都存储在日志中，该日志被串联并在下一个间隔开始时附加到公钥上。这种机制使得事后无法将新的“签名事件”插入到间隔链中。

交叉验证

通过独立运营的服务器，交叉认证可以提供时间间隔链有效性的第三方证明以及对当前时间达成共识的无可辩驳的证据。瞬时密钥密码系统表现出高拜占庭容错能力。分布式环境中互连的交叉认证服务器网络创建了一个经广泛见证的信任链，其强度与其最强的环节相当。相比之下，如果单个私钥暴露，传统公钥系统的整个层次结构可能会受到损害。 单个瞬时密钥间隔链可以与其他瞬时密钥链和服务器实例进行交叉认证。通过交叉认证，服务器 A 对服务器 B 的间隔链进行签名，其签名数据就是间隔定义。实际上，来自服务器 B 的私钥用于对服务器 A 的公钥进行签名。在图中，一个服务器实例与另外两个服务器实例（蓝色和橙色）进行交叉认证。交叉认证要求间隔的时间戳与交叉认证服务器的时间戳在可接受的容差范围内一致，该容差是用户定义的，通常持续几百毫秒。

网络存档

与间隔一起，交叉认证存储在网络存档中。在瞬时密钥网络中，存档是一个逻辑数据库，可以存储并在任何系统上复制，以便验证已由瞬时密钥时间戳记和签名的数据。可访问存档集合的映射存储在系统中创建的每个数字签名中。每当在间隔开始时完成交叉认证时，存档映射就会更新并发布到网络中的所有服务器。

验证

在间隔期间，瞬时私钥用于对与可信时间戳和真实性证书串联的数据进行签名。为了在稍后时间验证数据，接收者访问相应时间间隔的持久公钥。应用于数字签名的公钥可以通过发布的密码例程传递以解包原始数据的哈希，然后将该哈希与存储数据的全新哈希进行比较以验证数据的完整性。如果签名使用特定间隔发布的公钥成功解密，则接收者可以确信该签名起源于该时间段。如果解密后的哈希与新哈希匹配，则接收者可以确信自从瞬时私钥创建时间戳并对数据进行签名以来，数据未被篡改。 瞬时密钥密码学由 Eolas Technologies Inc. 的 Michael D. Doyle 在参与“可见胚胎项目”(Visible Embryo Project) 的工作期间于 1997 年发明，后来被 ProofSpace, Inc. 收购并将其产品化。它已被采纳为可信时间戳 ANSI ASC X9.95 标准中的国家标准。瞬时密钥密码学是前向保密的前身，并构成了比特币区块链系统中前向签名链技术的基础。

另见

无证书密码学 基于证书的加密