密码学：虚拟好所有权的数字签名？

Question

假设我们有一个多用户系统：

• 中央机关（C）可以为自己的所有权创建和发行虚拟商品（Zk）。
• 商品（Zk）的所有者（Xi）可以将所有权转让给其他用户（Xj）。
• 用户（Xi）可以声称拥有商品（Zk），这应该是可以验证的。

例如：

1. C创建两个虚拟商品Z1和Z2。 （并且从未创建过Z3）
2. C将Z1的所有权转让给用户X1
3. X1将Z1的所有权转让给X2

以下声明应该测试为真：

• X2声称拥有Z1
• C声称拥有Z2

以下声明应该测试错误：

• X2声称拥有Z2（非所有者）
• X2声称拥有Z3（不存在）
• X1声称拥有Z1（前所有者）

以下是问题：

• 这种系统的架构草图是什么？
• 我们使用哪种加密方法（数字签名，pki等？）以及采用何种安排？
• 创建了哪些密钥以及将它们分配给谁？
• C用于创建优质Zk的算法是什么？
• Xi和Xj用于转移所有权的算法是什么？
• Xi使用什么算法来声明拥有Zk？
• Xi使用什么算法来验证Xj拥有Zk的声明？

Answer 1

数字签名用于验证发件人生成的邮件确实是由该发件人生成的。在这种情况下，您可以使用数字签名来验证产品的生成器确实是中央机构。在这种情况下，产品将始终具有由CA使用私钥生成的数字签名，然后任何人都可以使用CA的公钥进行验证。

转移，这是困难的地方。哪一方将进行验证。它是否会成为CA，或者只是为了让第2方知道第1方在购买物品之前是真正的（合法的）所有者，或两者兼而有之？

好的，根据您的评论。我认为答案是始终在混合中使用CA.在这种情况下，您可以基本上始终通过所有者系统上的AES等对称算法对虚拟商品进行加密，直到使用时为止。解密虚拟商品的密钥永远不会存储（长期）在所有者系统上，而是在请求时由CA传递。现在，CA可以保存当前有效用户的密钥。如何存储或计算这些密钥我将在稍后讨论。

对于验证项目Z1真正属于用户Xi的用户Xj，这可能与CA签署由用户的用户ID和带有CA私钥的项目的加密副本组成的消息一样简单。由于用户名包含在消息中，当用户Xj使用CA公钥验证签名时，用户Xj知道它是有效的并由用户Xi拥有。

设置密钥： CA显然应该具有非对称密钥对（私有和公共）。每个用户还应具有非对称密钥对。 CA将与其用户共享其公钥，并且每个用户将与CA共享他/她的公钥（这可以是某种形式的帐户设置的一部分）。用户现在将通过加密使用用户的私钥加密和签名的唯一用户ID登录到CA，该私钥将公钥附加到邮件中。 CA使用提供的公钥进行解密（所有这些都可以在SSL设置中处理，或者基本上是第二层加密，以帮助更好地保护唯一ID）。当购买发生时，CA可以通过执行用户唯一ID的HASH，虚拟物品的序列号和CA的PRIVATE键来创建密钥，以用作对称算法的输入键。 CA现在使用此新计算密钥加密项目，并使用其（CA）私有非对称密钥对其进行签名。新加密的项目现在发送到用户的系统。 CA不必存储密钥，因为他们知道如何计算密钥，CA私钥仍然受到保护，因为您正在使用HASH加上其他东西，并且该项目现在为每个用户进行了唯一加密。

现在要解密有效项目，用户已经登录，并且CA已经知道这是该项目的有效所有者，因此可以计算密钥并将其下载到用户以进行实时解密。这个密钥永远不会存储在机器上。

现在，如果DOESNT拥有该项目的用户尝试使用有效用户项目的副本，则会发生以下两种情况之一，非所有者用户将登录并计算该项目的错误密钥，并且因此，项目将不正确地解密，CA可以执行自动识别，用户不会实际拥有该项目，并从那里锁定所有帐户中的项目，让有效用户的帐户知道某人正在尝试使用该项目等。

转移： 有效用户将登录并声明他们想要将项目转移给另一个用户。此时，项目与所有者1解除关联，并重新关联到所有者2.由于CA拥有所有密钥生成，所有者1将无法再解密其项目。事实上，在转移时，软件可以简单地删除所有者1的本地系统上的副本。

对不起，这是长篇大论，但这些类型的问题通常都是。

Answer 2

问题在于经典的加密原语。正如其他答案所详细提到的，您需要使用公钥加密。以下是我能想到的程序：

货物所有权，比如货物ID和用户公钥的绑定，需要由权威机构CA跟踪，以确保所有货物都是唯一拥有的。

• 如果商品最初是由用户创建的，则用户需要将其公钥和商品ID提交给CA进行认可。 （如果商品本身是不可变的，我们可以使用制图哈希值作为商品ID，强制商品和商品ID的唯一绑定。否则，我们需要引入额外的方案来跟踪商品和商品ID之间的绑定，我们不会讨论这里）
• 我们必须依靠CA来证明所有权。用户将公钥和货物ID元组发布到CA，CA返回true或false。
• 要转让所有权，所有者会在商品ID，公钥和新所有者的CA公钥上生成签名。 CA会检查并更新其数据库，也可能会通知新所有者。
• 为了最大限度地减少CA参与所有权证明，一种解决方案是让CA发布定时“所有权票证” - 商品ID，所有者公钥和无效日期的签名，以便CA无需参与每个所有权验证过程。货主在到期前续订。此外，商品只有在通过无效日期后才可以转让。

CA的主要作用是保证没有两个用户可以索取相同的商品，我称之为“双重索赔”。以分散的方式摆脱“双重主张”的脆弱性是非常困难的。有一个名为bitcoin的非常有趣的项目试图解决非常相似的问题。它提供了一种新的解决方案来消除CA.如果您有兴趣，design paper涵盖了基本想法。