Kryptographische Uhren und Anwendungen

In this dissertation we define, construct, and build on cryptographic objects that simulate the elapsing of time. This work concerns with tasks that involve the cryptographic equivalent of a reference clock and allow one to prove that a certain amount of time units is passed or to hide a secret for a predetermined amount of time. More specifically, we present the following cryptographic primitives. (1) Incremental Proofs of Sequential Work allow a prover to convince a verifier that a certain amount of sequential work has been performed. Proofs can be passed on to new provers or forked to new machines almost for free. Our constructions are essentially optimal in terms of prover space and time complexity. (2) Homomorphic Time-Lock Puzzles encapsulate secrets for a certain amount of time and allow anyone to publicly compute functions over plaintexts without opening the puzzles. We propose several instances for different function families and we show how to leverage them as a solution for the scalability problems of classical time-lock puzzles. (3) Multi-Hop Locks allow pairs of users to establish contracts such that coins are transacted if a certain condition is satisfied within some time. They serve as the main cryptographic building block to perform atomic multi-hop transactions in payment channel networks.In dieser Dissertation definieren, konstruieren und arbeiten wir mit kryptographischen Objekten, die das Vergehen von Zeit simulieren. Diese Arbeit befasst sich mit Aufgaben, die das kryptographische Äquivalent einer Referenzuhr beinhalten, und es einem ermöglichen, zu beweisen, dass eine bestimmte Anzahl von Zeiteinheiten vergangen ist, oder ein Geheimnis für eine vorgegebene Zeit zu verbergen. Genauer gesagt stellen wir die folgenden kryptographischen Primitive vor. (1) Inkrementelle Beweise sequentieller Arbeit ermöglichen es einem Beweisführer, einen Verifizierer davon zu überzeugen, dass eine gewisse Menge an sequentieller Arbeit verrichtet wurde. Beweise können nahezu ohne Mehraufwand an neue Beweisführer weitergegeben oder auf neue Maschinen aufgeteilt werden. Unsere Konstruktionen sind in Bezug auf den Speicherplatz des Beweisführers und Zeitkomplexität im Wesentlichen optimal. (2) Homomorphe Zeitschlossrätsel verbergen Geheimnisse für einen bestimmten Zeitraum und ermöglichen es jedem, öffentlich Funktionen über die Klartexte zu berechnen, ohne die Rätsel zu lösen. Wir präsentieren einige Instanzen für verschiedene Familien von Funktionen und zeigen, wie man diese als Lösung für die Skalierbarkeitsprobleme klassischer Zeitschlossrätsel einsetzen kann. (3) Multi-Hop-Schlösser ermöglichen es Benutzerpaaren, Verträge abzuschließen, so dass Kryptowährungseinheiten überwiesen werden, wenn eine bestimmte Bedingung innerhalb eines gewissen Zeitraums erfüllt ist. Sie dienen als kryptographischer Hauptbaustein zur Durchführung atomarer Multi-Hop-Transaktionen in Zahlungskanalnetzwerken