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语义安全

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语义安全(英語:Semantic Security)是密码学中的术语。如果已知某段未知文段的密文不会泄露任何该文段的其余信息,那么则称该密文是语义安全的。具体而言,给定某条消息(消息满足任意概率分布)的密文和消息的长度,任何概率多项式时间算法(PPTA)都不能以不可忽略地高于任何仅输入消息长度(而不含密文)的其他PPTA的概率获得消息的部分信息。[1] 该概念相似于香农完善保密性定义。完善保密性意味密文不会泄露任何明文的信息,而语义安全侧重表示被揭露的信息不会被实际窃取。[2][3]:378-381

历史

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语义安全的概念首先由戈德瓦塞尔(Goldwasser)和米卡里(Micali)在1982年提出[1],两人后来证明了语义安全和另一性质密文不可辨别性英语Ciphertext indistinguishability是等价的。[4] 后者定义比语义安全更通用,因为它更能实施于检验实际加密方式的安全性。

对称密钥加密

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在语义安全的對稱密鑰加密加密算法系统中,对抗者不可能从密文获得明文。如交给两段相同长度的明文与其中之一的密文,将不可分辨该密文所对应的明文。

公钥加密

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为了使非对称密钥加密算法密码系统语义安全,当仅给定某密文和生成密文时所用的公钥时,计算受限的对手应当无法获得有关消息(明文)的重要信息。语义安全只考虑“被动”攻击者的情况,即攻击者可以选择公钥和明文,并观察生成的密文。与其他安全定义不同,语义安全不考虑选择密文攻击(CCA)的情况,选择密文攻击指的是攻击者能够请求解密选定的密文。许多语义安全的加密方案对于选择密文攻击显然是不安全的。因此,语义安全现在被认为是构建通用加密方案的一个不充分条件。

语义安全的加密算法包括Goldwasser-Micali英语Goldwasser–Micali cryptosystemElGamalPaillier英语Paillier cryptosystem。这些方案被认为是可证明安全英语Provable security的,因为它们的语义安全性可以简化为解决一些困难的数学问题(例如,Decisional Diffie-Hellman二次剩余问题英语Quadratic Residuosity Problem)的复杂性。其他语义不安全的算法,如RSA,可以通过使用最优非对称加密填充(OAEP)等随机加密填充方案实现(在更强的假设下的)语义安全。

参考文献

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  1. ^ 1.0 1.1 莎菲·戈德瓦塞尔Silvio MicaliProbabilistic encryption & how to play mental poker keeping secret all partial information页面存档备份,存于互联网档案馆), Annual ACM Symposium on Theory of Computing, 1982.
  2. ^ Shannon, Claude. Communication Theory of Secrecy Systems. Bell System Technical Journal. 1949, 28 (4): 656–715. 
  3. ^ Goldreich, Oded. Foundations of Cryptography: Volume 2, Basic Applications. Vol. 2. Cambridge university press, 2004.
  4. ^ Probabilistic encryption. Journal of Computer and System Sciences, 28:270-299, 1984.