瞬時金鑰密碼學

概述

瞬時金鑰密碼學是一種公開金鑰密碼學的形式，其中金鑰對是針對短暫的時間間隔產生並分配的，而不是分配給個人或組織，且密碼資料區塊會透過時間串連起來。在瞬時金鑰系統中，私密金鑰僅短暫使用隨即銷毀，這就是它有時被稱為「免洗密碼」的原因。使用與特定時間間隔相關聯的私密金鑰加密的資料可以無可辯駁地與該間隔連結，這使得瞬時金鑰密碼學對於數位可信時間戳記特別有用。瞬時金鑰密碼學是由 Eolas 的 Michael Doyle 於 1997 年發明的，並已被採納為可信時間戳記的 ANSI ASC X9.95 標準。

公開金鑰與瞬時金鑰

公開金鑰系統和瞬時金鑰系統都可以用來產生數位簽章，以斷言給定的資料自簽署以來未曾改變。但相似之處僅止於此。在傳統的公開金鑰系統中，公私金鑰對通常分配給個人、伺服器或組織。由私密金鑰簽署的資料斷言該簽章來自指定的來源。金鑰對可以持續多年，因此必須小心保護私密金鑰以防外洩；在公開金鑰系統中，任何有管道接觸私密金鑰的人都可以偽造該人的數位簽章。 然而，在瞬時金鑰系統中，金鑰對是分配給短暫的時間間隔，而不是特定的個人或實體。由特定私密金鑰簽署的資料會與特定的時間和日期建立關聯。金鑰對僅在幾分鐘內有效，之後私密金鑰會被永久銷毀。因此，與公開金鑰系統不同，瞬時金鑰系統不依賴私密金鑰的長期安全性。

建立資料完整性

在瞬時金鑰系統中，時間來源必須是所有傳送端和接收端都理解的一致標準。由於本地系統時脈可能會被使用者更改，因此絕不將其用作時間來源。取而代之的是，資料會根據可信時間戳記的 ANSI ASC X9.95 標準，使用衍生自協調世界時間 (UTC)、準確度在毫秒以內的的時間值進行數位簽章。每當瞬時金鑰系統中的時間間隔到期時，就會產生新的公私金鑰對，並使用前一個間隔的私密金鑰來數位認證新的公開金鑰。隨後舊的私密金鑰會被銷毀。這種「金鑰鏈結」系統是現今流行的區塊鏈技術的直接前身。 對於新的間隔，時間值是從可信賴的第三方來源取得的，並且可以使用基於內部系統計時器的時間偏移方法，在接收到的時間之間內插出特定的時間點。如果無法取得可信賴的時間來源，或其運作超出指定的容許誤差，則不會發出瞬時私密金鑰。在這種情況下，時間間隔鏈會終止，並開始一個新的鏈。新舊鏈透過網路檔案庫連接，這使得所有伺服器能夠持續跨時間驗證受保護資料的資料完整性，無論鏈必須重新啟動多麼頻繁。 鏈以及每個間隔的開始時間可以耦合在一起，形成不間斷的公開金鑰序列，可用於以下用途：

無可辯駁地識別一組資料被簽署的時間。 識別資料在被簽署時的確切狀態。 作為一項額外的安全措施，在一個間隔期間提出的所有簽章請求都會儲存在一個日誌中，該日誌會被串接並附加到下一個間隔開始時的公開金鑰上。此機制使得事後無法將新的「已簽署事件」插入間隔鏈中。

交叉驗證

透過獨立運作的伺服器，交叉認證可以提供第三方對時間間隔鏈有效性的證明，以及對目前時間達成共識的無可辯駁證據。瞬時金鑰密碼系統展現出高度的拜占庭容錯能力。分散式環境中互連的交叉認證伺服器網路建立了一個廣泛見證的信任鏈，其強度取決於其最強的鏈結。相比之下，如果單一私密金鑰外洩，傳統公開金鑰系統的整個階層可能會遭到破壞。 個別的瞬時金鑰間隔鏈可以與其他瞬時金鑰鏈和伺服器執行個體進行交叉認證。透過交叉認證，伺服器 A 會簽署伺服器 B 的間隔鏈，其簽署的資料即為間隔定義。實際上，來自伺服器 B 的私密金鑰是用來簽署伺服器 A 的公開金鑰。在圖表中，一個伺服器執行個體與其他兩個伺服器執行個體（藍色和橘色）進行交叉認證。交叉認證要求間隔的時間戳記在可接受的容許誤差範圍內與交叉認證伺服器的時間戳記一致，這些誤差是使用者定義的，通常持續時間為幾百毫秒。

網路檔案庫

除了間隔之外，交叉認證也會儲存在網路檔案庫中。在瞬時金鑰網路中，檔案庫是一個邏輯資料庫，可以儲存並複製到任何系統上，以便驗證已由瞬時金鑰加上時間戳記並簽署的資料。可存取檔案庫集合的地圖會儲存在系統中建立的每個數位簽章內。每當交叉認證在間隔開始時完成時，檔案庫地圖就會更新並發布到網路中的所有伺服器。

驗證

在間隔期間，瞬時私密金鑰用於簽署與可信時間戳記和真實性憑證串接的資料。為了在稍後的時間驗證資料，接收端會存取適當時間間隔的持續公開金鑰。套用到數位簽章的公開金鑰可以透過發布的密碼常式來解開原始資料的雜湊，然後將其與所儲存資料的新雜湊進行比較，以驗證資料完整性。如果簽章使用特定間隔發布的公開金鑰成功解密，接收端就可以確信該簽章源自該時期。如果解密後的雜湊與新雜湊相符，接收端就可以確信資料自從瞬時私密金鑰建立時間戳記並簽署資料以來未曾遭到篡改。 瞬時金鑰密碼學是由 Eolas Technologies Inc. 的 Michael D. Doyle 在進行「可見胚胎專案」(Visible Embryo Project) 期間於 1997 年發明的，後來被 ProofSpace, Inc. 收購並產品化。它已被採納為可信時間戳記的 ANSI ASC X9.95 標準中的國家標準。瞬時金鑰密碼學是前向保密的前身，並構成了比特幣區塊鏈系統中前向簽章鏈結技術的基礎。

參見

無憑證密碼學 基於憑證的加密