[论文解读] Secret Share Dissemination across a Network

Nihar B. Shah, K. V. Rashmi+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2012

Cooperative Communication and Network Coding参考文献 41被引用 3

一句话总结

本文提出了一种通信高效、分布式且确定性的算法，用于在经销商无法直接与所有参与者通信的一般网络中分发秘密共享。该方法将问题建模为网络编码实例，即使在节点窃听的场景下也能实现安全分发，而这一场景在以往工作中极少被探讨。

ABSTRACT

Secret sharing is an important component of several cryptographic protocols. These include protocols for secure multiparty function computation, key management, and secure archival storage. Most protocols assume that the dealer has direct communication links with every participant, in which case, the dealer can directly communicate the respective shares to all participants. In this paper, we consider the problem of disseminating shares of a secret when the dealer and the participants form a general network. We provide an algorithm for secret share dissemination that is communication-efficient, distributed and deterministic. Interestingly, the solution constitutes an instance of a network coding problem admitting a distributed and deterministic solution, and furthermore, handles the case of nodal-eavesdropping, about which very little appears to be known in the literature.

研究动机与目标

• 解决在经销商无法直接与所有参与者通信的任意网络拓扑中秘密共享分发的挑战。
• 设计一种分布式且确定性的解决方案，以最小化此类网络中的通信开销。
• 应对节点窃听的安全威胁——即中间节点可能泄露共享信息——尽管此前针对此威胁模型的研究较为有限。
• 将秘密共享问题形式化为网络编码问题，以实现高效且安全的分发。

提出的方法

• 该协议将秘密共享分发建模为网络编码问题，利用有限域上的线性编码实现高效的数据传播。
• 采用确定性编码方案，确保在任意网络拓扑下，所有参与者均能正确重构秘密。
• 该算法是分布式的，意味着每个节点仅需了解其邻居和编码规则，从而实现可扩展性。
• 通过确保即使中间节点观察到传输数据包，也无法推断出秘密共享，从而实现对节点窃听的防护。
• 该解决方案的设计使得只有拥有足够多共享信息的授权参与者才能重构秘密，从而维持信息论安全性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在经销商无法直接与所有参与者通信的一般网络中，如何高效地分发秘密共享？
• RQ2 能否通过一种确定性且分布式的算法，在此类网络中实现安全的秘密共享？
• RQ3 在基于网络编码的分发方案中，应采用何种机制防止中间节点（窃听者）获取秘密共享？
• RQ4 将秘密共享建模为网络编码问题，以何种方式能够实现高效且安全的分发？

主要发现

• 所提出的算法通过减少传输次数，相比朴素分发方法实现了通信效率的提升。
• 该解决方案完全分布，无需中央协调，从而增强了可扩展性和容错能力。
• 该协议对节点窃听提供了信息论安全性，确保即使中间节点观察到数据包，也无法重构秘密。
• 该方法具有确定性，保证在所有网络条件下，所有授权参与者均能正确重构秘密。