八、一次性签名方案
一次性签名方案是由三种算法组成的：一种用于生成一次性密钥对，一种用于计算一次性签名，还有一种用于签名验证。一个OTS方案的实例有一个特定的密钥对，其中P是公钥，S是私钥。
OTS方案和Merkle树都使用哈希函数。一个重要问题是，同一哈希函数是否可以安全地用于这两种结构。事实上，通过在每个哈希中包括一点额外的数据，我们基本上可以把一个散列函数当作许多不同的散列函数。换句话说，如果我们使用SHA-256来生成OTS实例，我们仍然可以安全地使用SHA-256来构建Merkle树。
多次或完整，基于哈希的签名方案使用哈希树来有效地结合OTS方案的许多实例。
九、基于哈希的密码学是如何工作的？
我们现在将讨论Merkle如何使用二进制树-如图1所示的二进制树-结合许多个OTS来创建一个基于哈希的多次签名方案的公钥。虽然从这些OTS中构建树的初始步骤与许多其他抗量子的构建相比通常很慢，但签名却很快。
国务院：推进科普与区块链技术深度融合:为贯彻落实党中央、国务院关于科普和科学素质建设的重要部署，依据《中华人民共和国科学技术进步法》、《中华人民共和国科学技术普及法》制定《全民科学素质行动规划纲要（2021－2035年）》，其中要求实施智慧科普建设工程。推进科普与区块链等技术深度融合，强化需求感知、用户分层、情景应用理念，推动传播方式、组织动员、运营服务等创新升级，加强“科普中国”建设，强化科普信息落地应用，与智慧教育、智慧城市、智慧社区等深度融合。（新华社）[2021/7/10 0:40:52]
十、二叉树
在一棵标准的二叉树中，所有的节点都是成对出现的，它们上面有一个节点，从最下面的节点到最上面的节点的距离总是相同的。另一个节点的正上方是其父节点，父节点的正下方是其子节点，一对具有相同父节点的子节点被称为兄弟姐妹节点。例如，在图2和图3中，N(1,0)和N(1,1)是兄弟姐妹节点。它们也是N(2,0)的子节点；也就是说，N(2,0)是它们的父节点。
最上面的节点被称为根节点。树的底部没有子节点的节点被称为叶节点。叶节点表示为L0,....，图2中的L7。
一个节点的级别是它与底部的距离。我们的意思是叶子节点有0级，图2中的节点N(j,i)有j级。根节点的级别，通常表示为h，称为树的高度。例如，图2中的树的高度为3。Merkle使用二进制树来组合OTS，更具体地说：每个叶子节点来自一个OTS实例的公钥，而树上的每个其他节点都是由它的两个子节点计算出来的。我们现在将描述这些节点是如何使用加密散列函数计算的。
动态 | 新浪财经：官媒针对区块链的报道从科普宣传转向打假监管:据新浪财经今日消息，“1025新政”满月，一个月间，官媒对区块链的态度风向已转。据11月初的一项统计，七家党媒在新政一周内发布了65篇直接相关报道，当时文章中的关键词是数据、产业、安全、创新等，大量文章偏向于科普区块链的概念以及应用介绍，提醒警惕虚拟货币炒作的仅有3篇。近期，官媒的批评焦点则纷纷指向借区块链之名进行的虚拟货币发行和炒作行为。据统计，新华网、人民网收录转载的，以打击虚拟货币或揭露假借区块链行为主题的文章，自10月25日到11月25日午间，共28篇；其中，11月19日至11月25日的一周内就高达15篇。这些文章主要围绕三个观点展开：厘清区块链和虚拟货币的关系，说明二者概念不等；打击伪“区块链”局，或是虚拟货币局揭露；提醒民众，区块链不能成为炒作的噱头，更不是行的招牌，需警惕此类活动，理性投资。[2019/11/26]
动态 | 人民日报官方微博科普区块链 强调区块链不等于比特币:人民日报官方微博今早发表9图科普区块链。其中涉及区块链的特点有：1、安全；2、不可篡改；3、可访问；4、无第三方。区块链对未来的影响：1、不需繁琐个人证明；2、看病避免反复检查；3、旅行消费更加便捷；4、交易无需第三方。同时强调，区块链不等于比特币。比特币只是区块链技术的一种应用，区块链还有医疗卫生、食品安全、版权保护等诸多应用领域。[2019/10/28]
十一、加密哈希函数(CryptographicHashFunctions)
简单地说，加密哈希函数H是一个将任意数量的数据映射到一个合理的、通常是固定长度的输出的函数，在这种情况下，实际上不可能找到一个映射到特定输出的输入。
直观来讲，我们可以认为默克尔树是使用哈希函数将一个有序的数值集压缩成一个单一的数值，其方式是很容易证明一个数值属于原来的数值集。更具体地说，Merkle树可以从O的公钥的一个有序集合P0...Pm的OTS的公钥和哈希函数H，以如下方式构造：
每个叶子节点是一个OTS公钥的哈希输出。换句话说，让底部一行的第i个条目为L(i)=H(P(i))；见图2。树上的每一个其他节点都是其两个子节点的哈希值。例如，如图3N(1,0)=H(L(0)||L(1))andN(2,1)=H(N(1,0)||N(1,1))通用表达如下：
动态 | 浙江卫视节目科普支付宝区块链防伪溯源产品:昨日，在浙江卫视播出的科普综艺栏目《智造将来》现场，支付宝首次展示了支付宝区块链防伪溯源产品，以接地气的方式公开向大众展示区块链在生活中的应用。[2019/3/4]
N(1,i)=H(L2(i)||L2(i+1))andN(j+1,i)=H(N(j,2i)||N(j,2i+1)))Merkle签名算法的公钥是根节点。在图2中，根节点是N(3,0)
哈希树是Merkle树的一个概括，其中P(i)是任意数据而不是OTS公钥，见图2。
由于你无法找到哈希函数的逆运算，所以实际上不可能从树中较高的节点中找到树中较低的节点。因此，给定树中的任何一组节点，特别是给定根节点，都不可能找出关于OTS签名钥匙的信息。
十二、验证路径
请注意，对于任何用于创建Merkle树的P(i)，都有一条从叶子节点L(i)到根节点的唯一路径。例如，在图4中，从L(2)到顶部的路径是用红色画的。给定P(i)，如果你能构建一个这种形式的路径，那么这几乎可以肯定地证明P(i)是用来创建Merkle树的值之一。这源于这样一个事实，即找到具有特定输出的哈希函数H的输入在计算上是不可行的，因此你不能从树中较高的节点找到树中较低的节点。
动态 | 美国演说家Anthony Robbins开始科普什么是比特币:美国演说家安东尼·罗宾（Anthony Robbins）在自己的网站上发布了一篇比特币的科普文章，并在推特上向自己的粉丝介绍什么是比特币，目前他的推特账户共有粉丝304万人。[2019/1/1]
然而，我们实际上是利用叶子到根的路径节点的同级节点来检查路径是否被合法地构建。出于这个原因，我们引入了P(i)的认证路径的概念，即从L(i)到根节点的路径中的兄弟节点的有序集合。在图4中，P(2)的认证路径是L(3),N(1,0),N(2,1)。给出P(i)，以及P(i)的认证路径，我们可以验证P(i)对应的是一个叶子节点。也就是说，如果P(i)确实被用于生成树，那么鉴于认证路径，重建从P(i)到根节点的路径应该很简单。
参照图4，我们可以证明P(2)被用来创建Merkle树的公钥，只需给它的认证路径L(3),N(1,0),N(2,1)，通过构建一个从P(2)到根节点的路径。
要做到这一点，我们只需检查值：
H(P(2)),H(L(3)||H(P(2))),H(N(1,0)||H(L(3)||H(P(2)))),H(N(2,1)||H(N(1,0)||H(L(3)||H(P(2)))))给出一个路径，其中最后一个值H(N(2,1)||H(N(1,0)||H(L(3)||H(P(2)))))是多次签名算法的公钥。由于P(2)实际上是用来构建Merkle树的，所以构建H(N(2,1)||H(N(1,0)||H(L(3)||H(P(2)))))=N(3,0)。
如果上述计算得到了公钥，那么我们就证明了P(2)是最初用于创建哈希树的OTS密钥之一。
十三、基于状态哈希的签名方案一览
多次方案的一般构造总结如下。
密匙生成创建m=2^h个OTS公私钥对(Pi,Si)。直观地讲，我们可以认为多次秘钥(many-timescheme)是生成OTS密钥对所需的材料。公钥生成(PublicKeyGeneration)为P1,......,Pm创建如上所述的哈希树,根节点是基于哈希的签名方案的公钥。签名(Signatures)为了签署一个信息，选择一个以前从未使用过的索引i。用Si(OTS签名密钥)对消息进行签名，得到一次性签名，并计算出Pi的认证路径。该信息的签名是一次性签名以及Pi的认证路径。验证(Verification)为了验证一个消息的签名，我们首先使用消息和运行一次性验证方案。接下来，检查Pi的认证路径是否提供了一个从Pi到基于哈希的签名的公钥的有效路径。如果是这样，则接受该消息和签名为真实的。时间/空间的权衡(Time/SpaceTradeoffs)由于树可以从P1...Pm生成，存储整个树并不总是必要的。决定存储多少树以及如何管理树，会导致各种CPU/内存等资源消耗的权衡。此外，所有的密钥P1...Pm也可以从一个单一的短种子再生，进一步减少所需的长期存储量。签名的数量(NumberofSignatures)如果树的高度是h，那么它可以用来签署多达2^h的信息。有状态的签名(StatefulSignatures)由于每个OTS签名密钥最多只能使用一次，在一个有状态的基于哈希的签名方案中，跟踪哪些一次性密钥对被使用是很重要的。参考文献：
DavidCooper,DanielApon,QuynhDang,MichaelDavidson,MorrisDworkin,andCarlMiller.Recommendationforstatefulhash-basedsignatureschemes.Technicalreport,NationalInstituteofStandardsandTechnology,2019.
AndreasHülsingetal.SPHINCS+.NISTRound2SubmissionsforPost-QuantumCryptographyStandardization,2019.
AHülsing,DButin,SGazdag,JRijneveld,andAMohaisen.XMSS:eXtendedMerkleSignatureScheme.CryptoForumResearchGroupRFC.rfc-editor.org/info/rfc8391,2018.
DavidMcGrew,MichaelCurcio,andScottFluhrer.Leighton-Micalihash-basedsignatures.CryptoForumResearchGroupRFC.rfceditor.org/info/rfc8554,2019.
RalphMerkle.Secrecy,authentication,andpublickeysystems.Ph.D.Thesis,StanfordUniversity,1979.
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