FROG：前向安全的后量子签名

前向安全签名保证在私钥泄露前生成的签名仍保持安全，因此为数字取证、审计日志和金融系统等实际应用提供了增强的泄露弹性。然而，绝大多数最先进的前向安全签名依赖于传统难解性假设，因而无法抵御量子计算机。基于哈希的签名（HBS）（如XMSS）可提供前向安全的后量子安全性，但它们仅对预定义数量的待签消息高效，且随着消息数量增加会产生高昂的密钥生成开销、极高的签名代价以及庞大的签名尺寸。开发安全且实用、签名能力可随安全参数扩展的量子安全前向安全签名仍是一个开放问题。本工作中，我们提出一系列称为FROG（Forward-secuRe pOst-quantum siGnature，前向安全后量子签名）的后量子签名。与HBS替代方案不同，FROG能以亚线性密钥/签名尺寸和（实际上）无界的签名能力实现高计算效率的签名。这是通过MMM构造将合适的后量子签名转换为前向安全设定来实现的。我们研究了以MMM对Dilithium、WOTS和BLISS等著名后量子安全签名的转换。实验表明，在绝大多数（若非全部针对大量消息的情形）性能指标上FROG优于XMSS。我们还讨论了这些基础签名方案的一次性变体，可将FROG性能推向极限。总体而言，FROG在具备前向安全性方面展现出优于现有替代方案的性能，因此是前向安全后量子签名标准化工作的理想候选。