區塊鏈密碼學基礎

目錄
“密碼理論與技術叢書”序
前言
第1章 密碼學與區塊鏈概述 1
1.1 公鑰密碼學基本概念 1
1.1.1 公鑰密碼體制的工作原理 2
1.1.2 公鑰密碼體制存在的條件 4
1.1.3 公鑰密碼體制的計算復雜性假設 4
1.1.4 RSA假設 5
1.1.5 離散對數相關假設 6
1.1.6 公鑰密碼技術在區塊鏈中的應用 8
1.2 區塊鏈基本概念 8
1.2.1 分佈式系統 8
1.2.2 拜占庭將軍問題 12
1.2.3 區塊鏈工作機制 13
1.2.4 區塊鏈技術特點 14
參考文獻 15
習題 17
第2章 區塊鏈技術原理 19
2.1 區塊鏈技術 19
2.1.1 區塊鏈的定義 19
2.1.2 區塊鏈參考架構 20
2.1.3 區塊鏈系統的分類 22
2.2 比特幣簡介 23
2.2.1 比特幣的創立 23
2.2.2 比特幣數據存儲層 24
2.2.3 比特幣網絡通信層 35
2.2.4 比特幣共識激勵層 42
2.2.5 比特幣交易執行層 51
2.2.6 比特幣應用服務層 65
2.3 以太坊簡介 69
2.3.1 以太坊的創立 69
2.3.2 以太坊數據存儲層 70
2.3.3 以太坊網絡通信層 78
2.3.4 以太坊共識激勵層 83
2.3.5 以太坊交易執行層 90
2.3.6 以太坊應用服務層 93
2.4 超級賬本簡介 95
2.4.1 超級賬本的創立 96
2.4.2 Fabric數據存儲層 97
2.4.3 Fabric網絡通信層 99
2.4.4 Fabric共識激勵層 100
2.4.5 Fabric交易執行層 103
2.4.6 Fabric應用服務層 104
2.5 區塊鏈的發展與展望 105
參考文獻 106
習題 108
第3章 哈希函數及其在區塊鏈中的應用 109
3.1 哈希函數簡介 109
3.1.1 哈希函數的應用模式 110
3.1.2 哈希函數的安全性 110
3.2 哈希函數基本結構 112
3.2.1 迭代哈希函數 112
3.2.2 海綿結構 113
3.3 哈希函數的應用 113
3.3.1 哈希函數在密碼學中的常見應用 113
3.3.2 哈希函數在區塊鏈中的其他應用 115
3.4 區塊鏈中常用的哈希函數 116
3.4.1 SHA2-256 (SHA2) 116
3.4.2 SM3 121
3.4.3 SHA3 (Keccak) 125
3.4.4 Scrypt 132
3.4.5 Ethash 136
3.4.6 Equihash 140
3.4.7 X11 142
3.4.8 零知識證明友好的哈希函數 143
3.5 Merkle樹 145
3.5.1 Merkle樹構造 145
3.5.2 Merkle樹在區塊鏈中的應用 146
3.6 Merkle Patricia樹 147
3.6.1 Trie樹和Patricia樹 148
3.6.2 Merkle Patricia樹 148
3.6.3 Merkle Patricia樹在區塊鏈中的應用 151
參考文獻 151
習題 154
第4章 數字簽名及其在區塊鏈中的應用 155
4.1 數字簽名基本概念 155
4.1.1 數字簽名的要求 155
4.1.2 數字簽名的組成 156
4.1.3 DSA數字簽名 156
4.2 區塊鏈中常用數字簽名 158
4.2.1 ECDSA數字簽名方案 159
4.2.2 Schnorr數字簽名方案 163
4.2.3 EdDSA數字簽名方案 166
4.2.4 我國商用數字簽名算法SM2 169
4.2.5 BLS數字簽名方案 172
4.2.6 CL數字簽名方案 174
4.3 多重簽名 177
4.3.1 多重Schnorr簽名算法 178
4.3.2 多重Schnorr簽名正確性分析 179
4.3.3 多重簽名在區塊鏈中的應用 180
4.4 聚合簽名 180
4.4.1 BLS聚合簽名 181
4.4.2 BLS聚合簽名正確性分析 182
4.4.3 聚合簽名在區塊鏈中的應用 182
4.5 門限簽名 183
4.5.1 BLS門限簽名 183
4.5.2 BLS門限簽名正確性分析 185
4.5.3 門限ECDSA簽名 186
4.5.4 門限簽名在區塊鏈中的應用 192
4.6 群簽名 193
4.6.1 BBS群簽名 193
4.6.2 BBS群簽名正確性分析 196
4.6.3 群簽名在區塊鏈中的應用 197
4.7 環簽名 197
4.7.1 LSAG簽名方案 198
4.7.2 LSAG簽名正確性分析 199
4.7.3 環簽名在區塊鏈中的應用 199
4.8 盲簽名 200
4.8.1 BLS盲簽名方案 201
4.8.2 BLS盲簽名正確性分析 202
4.8.3 盲簽名在區塊鏈中的應用 202
4.9 後量子簽名 203
參考文獻 205
習題 211
第5章 區塊鏈中的基本密碼協議 212
5.1 密鑰協商 212
5.1.1 中間人攻擊 213
5.1.2 認證密鑰協商 214
5.1.3 門羅幣隱藏地址 215
5.2 秘密承諾 217
5.2.1 哈希承諾 218
5.2.2 Pedersen承諾 218
5.2.3 多項式承諾 219
5.2.4 向量承諾 220
5.3 秘密分享 222
5.3.1 Shamir秘密分享 222
5.3.2 可驗證秘密分享 223
5.3.3 公開驗證秘密分享 224
5.3.4 先應式秘密分享 226
5.4 分佈式密鑰生成 228
5.5 可驗證偽隨機函數 230
5.6 公平交換 232
5.7 零知識證明 237
5.7.1 Sigma協議 239
5.7.2 離散對數知識證明 239
5.7.3 離散對數相等性證明 240
5.7.4 Fiat-Shamir啟發式轉換 241
5.8 安全多方計算 241
5.8.1 安全多方計算模型 242
5.8.2 混淆電路 245
5.8.3 不經意傳輸 250
5.8.4 同態加密 253
5.8.5 安全多方計算與區塊鏈 254
參考文獻 255
習題 266
第6章 區塊鏈中的高級密碼協議 267
6.1 可驗證延遲函數 267
6.1.1 可驗證延遲函數基本概念 267
6.1.2 陷門可驗證延遲函數構造 269
6.1.3 可驗證延遲函數在區塊鏈中的應用 271
6.2 Fabric MSP成員關系服務提供商機制 272
6.2.1 MSP基本概念 272
6.2.2 MSP結構 276
6.2.3 MSP證書簽發、驗證與撤銷 278
6.2.4 MSP在區塊鏈中的應用 279
6.3 Identity Mixer匿名認證體系 280
6.3.1 Identity Mixer基本概念 280
6.3.2 Identity Mixer協議 281
6.3.3 Identity Mixer在區塊鏈中的應用 284
6.4 環保密交易RingCT協議 284
6.4.1 環保密交易基本概念 284
6.4.2 環保密交易1.0版 285
6.4.3 環保密交易2.0版 288
6.4.4 環保密交易3.0版 293
6.4.5 環保密交易在區塊鏈中的應用 299
6.5 zk-SNARK協議 299
6.5.1 zk-SNARK基本概念 299
6.5.2 zk-SNARK通用構造 300
6.5.3 zk-SNARK實現 301
6.5.4 zk-SNARK在區塊鏈中的應用 305
6.6 Bulletproofs協議 305
6.6.1 Bulletproofs基本概念 306
6.6.2 Bulletproofs構造 306
6.6.3 Bulletproofs在區塊鏈中的應用 310
6.7 MimbleWimble協議 310
6.7.1 MimbleWimble基本概念 310
6.7.2 MimbleWimble構造 311
6.7.3 MimbleWimble在區塊鏈中的應用 315
6.8 時空證明 315
6.8.1 時空證明基本概念 315
6.8.2 時空證明構造 316
6.8.3 時空證明在中區塊鏈的應用 321
參考文獻 321
習題 326
附表 328
附表A 比特幣腳本操作碼 328
附表B 以太坊字節操作碼: 以太坊虛擬機字節碼和對應的gas開銷 332
索引 336
“密碼理論與技術叢書”已出版書目