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有向哈希树在认证跳表算法中的应用
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更新于2024-08-05
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"基于有向哈希树的认证跳表算法_徐剑1" 本文主要探讨的是在数据认证机制中一种重要的认证数据结构——认证跳表的优化。认证跳表广泛应用于确保数据完整性和安全性的场景,它允许快速验证数据是否被篡改。然而,哈希模式对认证跳表的效率具有显著影响,这是文章关注的关键点。 作者们提出了一个创新的思路,即哈希模式和数据存储模式的分离。他们设计了一种新的认证哈希模式,称为“有向哈希树”(Directed Hash Tree, DHT)。有向哈希树是一种优化的数据结构,它利用了树的分层特性来提高哈希计算的效率。通过这种方式,每个节点的哈希值不仅依赖于其子节点,也依赖于其父节点,从而形成一个有向的计算路径,减少了不必要的哈希运算。 基于这个新提出的有向哈希树,作者们构建了一种新的认证跳表算法。算法的核心在于将传统的跳表结构与有向哈希树相结合,通过分层数据处理和概率分析方法,减少了认证过程中的时间、通信和存储成本。 文章对新算法的性能进行了理论分析,并与现有的认证跳表算法进行了对比。分析结果证明,新算法在各种代价指标上都有显著改进。这意味着在保持数据安全的同时,新算法能以更低的资源消耗实现高效的数据认证。 关键词:认证跳表,认证哈希模式,有向哈希树,认证数据结构 文章的作者们来自东北大学,他们在密码学与网络安全领域有着深入的研究。该研究受到了国家高技术研究发展计划(863项目)和沈阳市自然科学基金项目的资助,反映了这一研究的重要性和实际应用价值。通过这种新的认证跳表算法,可以期待在数据保护和网络安全领域看到更高效且经济的解决方案。
资源详情
资源推荐
第
38
卷
第
9
期
2011
年
9
月
计 算 机 科 学
Com
p
uter
Science
Vol.38No.9
Se
p
2011
到稿日期
:
2010
-
10
-
09
返修日期
:
2010
-
12
-
16
本文受国家高技术研究发展计划
863
项目
(
2009AA01Z122
),
沈阳市自然科学基金项目
(
F10
-
205
-
1
-
12
)
资助
。
徐
剑
(
1978-
),
博士生
,
助教
,
主要研究领域为密码学与网络安全
、
数据与身份认证技术
,
E
-
mail
:
xu
j
@
mail.neu.edu.cn
;
陈
旭
(
1984-
),
女
,
硕士生
,
主要研究领域为密码学与网络安全
;
李福祥
(
1984-
),
男
,
硕士生
,
主要研究领域为密码学与网络安全
;
周福才
(
1964-
),
男
,
博士
,
教授
,
博士生导师
,
主要研究领域为网络与信息安全
、
可信计算
、
电子商务基础理论及关键技术
。
基于有向哈希树的认证跳表算法
徐
剑
1
,
2
陈
旭
1
李福祥
1
周福才
1
(
东北大学信息科学与工程学院
沈阳
110819
)
1
(
东北大学软件学院
沈阳
110819
)
2
摘
要
作为一种重要的认证数据结构
,
认证跳表在数据认证机制中有着广泛的应用
。
由于哈希模式对认证跳表的
代价有显著的影响
,
因此提出哈希模式和数据存储模式分离的思想
,
设计了一种新的认证哈希模式
———
有向哈希树
,
并在其基础上设计了新的认证跳表算法
。
应用分层数据处理
、
概率分析等数学方法对所提出算法的代价进行了理论
分析
,
并与已有的认证跳表算法做了性能比较
。
结果表明
,
本算法在时间
、
通信和存储代价方面有了较大的改进
。
关键词
认证跳表
,
认证哈希模式
,
有向哈希树
,
认证数据结构
中图法分类号
TP309
文献标识码
A
Al
g
orithm
of
Authenticated
Ski
p
List
Based
on
Directed
Hash
Tree
XU
Jian
1
,
2
CHEN
Xu
1
LI
Fu
-
xian
g
1
ZHOU
Fu
-
cai
1
(
School
of
Information
Science
and
En
g
ineerin
g
,
Northeastern
Universit
y
,
Shen
y
an
g
110819
,
China
)
1
(
Software
Colle
g
e
,
Northeastern
Universit
y
,
Shen
y
an
g
110819
,
China
)
2
Abstract
Authenticated
ski
p
list
is
an
im
p
ortant
authenticated
data
structures.It
has
been
widel
y
used
in
data
authenti
-
cation.Since
the
hash
scheme
has
the
im
p
ortant
influence
on
the
cost
of
the
authenticated
ski
p
list
,
a
new
hash
scheme
which
is
based
on
the
idea
of
se
p
aratin
g
the
hash
scheme
and
data
stora
g
e
scheme
was
p
ro
p
osed
in
this
p
a
p
er.And
the
new
al
g
orithm
of
authenticated
ski
p
list
(
ASL
-
DHT
for
short
)
based
on
directed
hash
tree
was
also
p
ro
p
osed.We
a
p
-
p
lied
hierarchical
data
p
rocessin
g
and
p
robabilit
y
anal
y
sis
methods
to
anal
y
ze
the
cost
of
ASL
-
DHT
,
and
also
made
an
al
g
orithm
simulation
to
com
p
are
with
that
of
the
ori
g
inal
authenticated
ski
p
list.The
results
show
that
,
ASL
-
DHT
al
g
o
-
rithm
has
g
ot
g
reat
im
p
rovement
on
stora
g
e
cost
,
communication
cost
,
and
time
cost.
Ke
y
words
Authenticated
ski
p
list
,
Authenticated
hash
scheme
,
Directed
hash
tree
,
Authenticated
data
structures
认证 数据 结构
[
1
,
2
]
(
Authenticated
Data
Structure
,
ADS
)
是在认证字典
[
3
,
4
]
基础上发展起来的一种分布式计算模型
,
它可以保证数据的完整性以及端到端可信性
,
已 在 证 书 撤
销
[
5
]
、
数字时间戳
[
6
]
以及数据库外包
[
7
,
8
]
中得到广泛应用
。
认证跳表
[
9
]
是实现
ADS
的一种重要数据结构
。
它是 在
跳表
[
10
]
基础上
,
利用跳表节点存储数据元素的哈希值
,
并通
过相应的哈希计算来实现数据认证
。
与以往跳表不同
,
认证
跳表在跳表节点中存储数据元素的哈希值
,
同时定义了一些
密码学计算方法来实现数据认证
。
目前的认证跳表算法大都
采用
Goodrich
等人提出的算法
[
9
]
,
在该算法中数据的存储模
式和哈希模式是一致的
,
因此其计算代价和存储代价都较高
。
本文提出数据存储模式和哈希模式相分离的设计思想
,
即通过计算和保存存储模式中某些特定节点的哈希值
,
来有
效降低算法的存储和计算代价
。
为实现数据的存储模式和哈
希模式相分离的思想
,
设计了与跳表存储模式相分离的有向
哈希树
(
Directed
Hash
Tree
,
DHT
),
即 在
DHT
中 只存 储 跳
表中部分节点的哈希值
,
因此其存储代价和哈希代价降低为
O
(
lo
g
n
)。
在
DHT
基 础 上
,
设计了认证跳表的新的实现算
法
———
ASL
-
DHT
,
它在数据的存储方式上与
Goodrich
认 证
跳表一致
,
只是在哈希模式方面采用本文设计的
DHT
。
由于
采用了
DHT
,
ASL
-
DHT
在时 间
、
通信和存储代价方面有了
很大的改进
。
本文第
1
节给出了有向哈希树的分析和设计思想
,
包括
DHT
的构建算法
;
第
2
节给出了
ASL
-
DHT
算法设计
,
包括
ASL
-
DHT
算法中的节 点 插 入
、
节 点删 除 和
ASL
-
DHT
特 征
值计算
;
第
3
节利用分层数据 处理
[
11
,
12
]
及概率分析方法对算
法的计算复杂度进行分析
,
通过 实验将
ASL
-
DHT
算法 和已
有跳表算法进行性能比较
;
最后是全文总结
。
1
有向哈希树分析与设计
1.1
认证哈希模式定义
本小节首先给出认证哈希模式和认证跳表中认证代价的
定义
。
定义
1
认 证 哈 希 模 式
(
Authenticated
Hash
Scheme
,
·
23
·
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