[论文解读] An online algorithm for generating fractal hash chains applied to digital chains of custody

Phillip G. Bradford, Daniel A. Ray|arXiv (Cornell University)|May 20, 2007

Digital and Cyber Forensics参考文献 25被引用 4

一句话总结

本文提出了一种在线算法，用于生成分形哈希链，该算法动态构建并仅存储 ⌈log n⌉ 个石子，从而在资源受限设备上实现对大规模、时效性数字证据链的高效遍历与验证。该方法在保持雅各布森（Jakobsson）预像遍历效率的同时，消除了预先计算完整链的需求，因此非常适合数字取证中实时的数字保管链。

ABSTRACT

This paper gives an online algorithm for generating Jakobsson's fractal hash chains. Our new algorithm compliments Jakobsson's fractal hash chain algorithm for preimage traversal since his algorithm assumes the entire hash chain is precomputed and a particular list of Ceiling(log n) hash elements or pebbles are saved. Our online algorithm for hash chain traversal incrementally generates a hash chain of n hash elements without knowledge of n before it starts. For any n, our algorithm stores only the Ceiling(log n) pebbles which are precisely the inputs for Jakobsson's amortized hash chain preimage traversal algorithm. This compact representation is useful to generate, traverse, and store a number of large digital hash chains on a small and constrained device. We also give an application using both Jakobsson's and our new algorithm applied to digital chains of custody for validating dynamically changing forensics data.

研究动机与目标

• 实现无需预先知晓链长度的实时、动态分形哈希链生成。
• 通过仅维护 ⌈log n⌉ 个石子而非完整链，降低资源受限设备的存储开销。
• 支持在数字取证中对动态演变的数字证据进行安全、可验证的时间戳记录。
• 与雅各布森（Jakobsson）等现有预像遍历技术集成，实现高效验证。
• 通过支持延迟披露和重复验证，增强数字保管链的完整性。

提出的方法

• 该算法在无需知晓最终链长度 n 的情况下，逐步生成哈希元素。
• 它在对应于2的幂次的位置维护一组紧凑的石子，与雅各布森（Jakobsson）的分形哈希链结构保持一致。
• 当哈希元素总数达到与石子移动增量相关的阈值时，动态更新石子。
• 该算法使用包含 Position、Move_Increment 和 distancefromSeed 字段的石子结构，以跟踪遍历点。
• 石子被插入到列表前端，并根据一个增长条件重新定位，该条件检查 totalHashElements 是否匹配石子的目标位置。
• 通过归纳法证明系统正确性，证明对于所有 n（包括非2的幂次长度），石子位置均与雅各布森（Jakobsson）算法一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以在不预先计算完整链的情况下在线生成分形哈希链？
• RQ2 如何在确保高效预像遍历的同时最小化存储的石子数量？
• RQ3 支持分形哈希链动态、增量构建的最简数据结构是什么？
• RQ4 此类系统如何集成到时间敏感证据的数字保管链中？
• RQ5 该在线算法是否保持了雅各布森（Jakobsson）原始分形哈希链方法的正确性与遍历效率？

主要发现

• 该在线算法以增量方式生成分形哈希链，无论链长度 n 为何，仅存储 ⌈log n⌉ 个石子。
• 对于任意 n，该在线算法生成的石子位置与雅各布森（Jakobsson）预计算的分形哈希链中的位置完全一致。
• 该算法通过使用增长条件动态调整石子位置，正确处理非2的幂次链长度。
• 石子更新机制确保当哈希元素总数达到临界阈值时，每个石子向前移动其 Move_Increment 值。
• 归纳法证明确认，该算法在所有 n ≥ 4 的情况下均保持正确性，石子始终处于支持高效反向遍历的位置。
• 该系统支持安全的延迟披露，允许在不存储完整链的情况下重复验证。