ISSN 100020054
CN 1122223N
清华大学学报
(
自然科学版
)
J T singhua U niv
(
Sci & Tech
)
,
2009 年 第49 卷 第7 期
2009,
Vo l
. 49,
No
. 7
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23
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:
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.
chinajournal
.
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.
cn
多项式函数根的零知识证明协议
李 曦, 王道顺
(
清华大学 计算机科学与技术系, 北京 100084
)
收稿日期: 2008204207
基金项目: 国家自然科学基金资助项目
(
60873249, 60673065
)
作者简介: 李曦
(
1989—
)
, 男
(
汉
)
, 西安, 本科生。
通讯联系人: 王道顺, 副教授,
E
2
m ail
:
dao shun
@
tsinghua
.
edu
.
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摘 要: 多项式函数是数学和理论计算机研究中最常见的
一类函数, 而多项式函数根的零知识证明, 是零知识证明在
数学领域的重要应用, 有重要的理论和应用价值。为有效解
决多项式函数根的零知识证明问题, 利用计算离散对数的困
难性假设, 提出并解决了多重离散对数问题, 以此为基础构
造了多项式函数根的零知识证明协议。理论分析结果表明该
协议是安全和可靠的。
关键词: 零知识证明; 离散对数; 多项式函数; 根
中图分类号:
TN
918. 2 文献标识码:
A
文章编号: 100020054
(
2009
)
0720999204
Zero-knowledge proof of the roots
of polynom ial function s
LI Xi, WANG Daoshun
(
Departmen t of Computer Science and Technology,
Tsinghua Un iversity, Beij ing 100084, China
)
Abstract: Po lynom ial functions are frequently used in mathem atics
and computer science. The zero2know ledge proof of the roots of a
polynom ial function is an important app lication of zero2know ledge,
w ith both theo retical and p ractical significance. The zero2know ledge
p roof of the roots of a po lynom ial function based on the intractablity
of computing the discrete logarithm to solve the m ulti discrete
logarithm p roblem. The solution to the m ulti discrete logarithm
p roblem is used as a building block to construct the zero2know ledge
p roof protocol for the roots of polynom ial functions. A theo retical
analysis show s that the p rotocol is secure and reliable.
Key words: zero2know ledge p roof; discrete logarithm; polynom ial
function; roo t
零知识证明技术
(
ZKP
)
是一种交互式证明技
术
[1]
。 应用零知识证明, 证明者
Peggy
向验证者
V icto r
证明某一事实, 而不向其泄露任何有关的信
息。零知识证明广泛应用于各种密码学协议的构造、
计算机网络中的身份认证、各种网络安全协议的构
造等方面。由于零知识证明应用十分广泛, 自提出
后, 迅速成为信息安全研究的热门问题, 并取得丰富
的成果。
多项式函数是数学研究的重要对象, 同时在计
算机科学研究中也扮演着重要的角色。文[2 ]研究了
有关多项式函数的问题。然而, 求解多项式函数的根
作为研究多项式函数的重要问题之一, 始终没有完
善的解决方案。挪威数学家
A bel
证明了五次以上多
项式方程没有求根公式, 因此求解高次方程是困难
的。有关多项式函数根的研究参见文[3]。基于这些
原因, 研究多项式函数根的零知识证明对于零知识
证明的实际应用具有一定的意义。
目前, 人们对零知识证明的研究主要集中在以
下几个方面: 以图论问题为代表的
N PC
问题的零
知识证明
[4]
; 零知识证明的复杂性理论
[5]
; 零知识
证明在数字水印、身份认证等方面的应用
[6]
。而数学
尤其是代数问题的零知识证明的研究很少。多项式
函数作为极其重要的一类函数, 其零知识证明尚未
被研究。本文利用离散对数, 引入几个协议, 利用这
些协议, 提出了多项式函数根的零知识证明协议, 并
证明了协议的可靠性和安全性。
1 预备知识
定义1 任何自然数模
n
的结果都是集合{0, 1,
…,
n
- 1}的元素, 这个集合构成了自然数模
n
的完
全剩余集, 记作
Z
n
。
Z
n
中与
n
互素的元素的集合记作
Z
3
n
= {
a
∈
Z
n
gcd
(
a
,
n
)
= 1}。
定义2 设
p
是一个素数,
Α
∈
Z
3
p
, 那么一定存
在一个最小的自然数
t
使得
Α
t
modp
= 1。如果
t
=
p
-
1, 那么称
Α
是
Z
3
p
的生成元。
定义 3 设
G
是一个有
n
个元素的有限循环
群,
Α
是
G
的生成元。满足
Α
x
modn
=
Β
(
Β
∈
G
)
的正
整数
x
(
0<
x
≤
n
- 1
)
, 称为
Β
的以
Α
为底的离散对