💻 computer science

Compact and Selective Disclosure for Verifiable Credentials

Diese Arbeit stellt CSD-JWT vor, eine Open-Source-Lösung, die mithilfe kryptografischer Akkumulatoren die kompakte und selektive Offenlegung von Verifiable Credentials ermöglicht und dabei im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik den Speicherverbrauch sowie die Netzwerklast erheblich reduziert.

Ursprüngliche Autoren: Alessandro Buldini, Carlo Mazzocca, Rebecca Montanari, Selcuk Uluagac

Veröffentlicht 2026-03-25

📖 4 Min. Lesezeit☕ Kaffeepausen-Lektüre

CC BY 4.0

Ursprüngliche Autoren: Alessandro Buldini, Carlo Mazzocca, Rebecca Montanari, Selcuk Uluagac

Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen

🕵️‍♂️ Das Problem: Der riesige Rucksack voller Geheimnisse

Stell dir vor, du hast einen digitalen Rucksack (das ist deine digitale Identität oder „Verifiable Credential"). Darin liegen alle deine Dokumente: Führerschein, Gesundheitsakte, Studentenausweis, Bankkonto-Details und vieles mehr.

Bisherige Systeme (wie das aktuelle „SD-JWT") funktionieren so: Wenn du einem Türsteher beweisen willst, dass du über 18 bist, musst du den ganzen Rucksack öffnen. Du zeigst zwar nur den Führerschein, aber der Türsteher sieht trotzdem, wie viele andere Papiere in deinem Rucksack stecken.

Das Problem: Der Rucksack wird riesig, je mehr Papiere du hast. Das kostet viel Speicherplatz auf deinem Handy oder sogar auf deinem Hardware-Wallet (einem kleinen, sicheren Chip). Außerdem verrät die Anzahl der Papiere dem Türsteher Dinge über dich (z. B. „Oh, er hat 50 Gesundheitspapiere, er muss sehr krank sein").

💡 Die Lösung: CSD-JWT – Der magische Siegel-Stein

Die Autoren dieses Papiers haben eine neue Methode namens CSD-JWT entwickelt. Stell dir das wie einen magischen Siegel-Stein vor.

Der Stein (Der Akkumulator):
Statt jeden einzelnen Papierzettel einzeln zu speichern, nimmt der Aussteller (z. B. die Stadt oder die Uni) alle deine Daten und „schmilzt" sie zu einem einzigen, winzigen magischen Stein zusammen. Dieser Stein repräsentiert alle deine Daten auf einmal. Er ist immer gleich groß, egal ob du 5 oder 500 Papiere hast.
Der Schlüssel (Der Zeuge/Witness):
Wenn du dem Türsteher nur beweisen willst, dass du über 18 bist, musst du nicht den ganzen Rucksack zeigen. Du holst nur den magischen Stein heraus und ein kleines Zertifikat (einen „Zeugen"), das beweist: „Ja, dieses eine Alter-Dokument ist wirklich in diesem Stein enthalten."

🚀 Warum ist das so genial? (Die Vorteile)

Hier sind die drei Hauptvorteile, erklärt mit Analogien:

1. Platzsparend wie ein Diamant 💎

Alt (SD-JWT): Stell dir vor, du musst für jedes Dokument einen ganzen Umschlag mitbringen. Bei 100 Dokumenten hast du einen riesigen Stapel Papier.
Neu (CSD-JWT): Du hast immer nur einen kleinen Stein (den Akkumulator) und für das eine Dokument, das du zeigst, nur einen kleinen Zettel.
Das Ergebnis: Der Papierstapel wird bis zu 46 % kleiner. Das ist super wichtig für kleine Geräte wie Hardware-Wallets oder IoT-Sensoren, die nur wenig Speicher haben.

2. Schneller im Internet 🏎️

Wenn du deine Daten an einen Server sendest (z. B. um ein Hotel zu buchen), ist die Datenmenge viel kleiner.

Beispiel: Wenn du aus 100 Datenpunkten nur 1 zeigst, ist die Nachricht, die du sendest, 93 % kleiner als beim alten System.
Vergleich: Es ist wie der Unterschied, einen ganzen Laster voller Kartons zu versenden (alt) versus nur einen einzigen, winzigen Brief (neu). Das spart Zeit und Internet-Daten.

3. Mehr Privatsphäre durch Unsichtbarkeit 🕶️

Beim alten System konnte der Türsteher zählen: „Aha, du hast 10 Papiere im Rucksack, aber zeigst mir nur 1. Was hast du in den anderen 9?" Das ist ein Risiko.

Beim neuen System: Der magische Stein verrät nichts über die Anzahl der Papiere. Der Türsteher sieht nur den Stein und dein Alter. Er weiß nicht, ob du noch 1 oder 100 andere Dinge im Rucksack hast. Das schützt dich vor Rückschlüssen (Inferenz-Angriffen).

🛠️ Wie funktioniert das im Alltag?

Ausstellung: Die Behörde (der Aussteller) erstellt deinen digitalen Rucksack. Sie berechnet den „magischen Stein" und gibt dir ihn zusammen mit den kleinen „Zeugen-Zetteln" für jedes einzelne Dokument.
Nutzung: Du willst etwas beweisen? Du nimmst den Stein und den Zettel für das eine Dokument, das du zeigen willst, und unterschreibst es digital.
Prüfung: Der Empfänger prüft: „Passt der Zettel zum Stein? Ist der Stein echt?" Wenn ja, ist die Aussage wahr. Der Empfänger sieht nie den Rest deines Rucksacks.

🎯 Fazit für jeden

Diese Forschungslösung ist wie ein Super-Organisator für deine digitale Identität. Sie macht deine Daten so klein und leicht, dass sie sogar auf winzigen Chips (wie in Hardware-Wallets) perfekt laufen. Gleichzeitig schützt sie deine Privatsphäre besser, weil niemand mehr raten kann, was du sonst noch alles verborgen hast.

Es ist der perfekte Weg, um in einer Welt voller digitaler Dienste sicher, schnell und diskret zu bleiben.

1. Problemstellung

Die Arbeit adressiert die Herausforderungen der Self-Sovereign Identity (SSI) und speziell von Verifiable Credentials (VCs) in ressourcenbeschränkten Umgebungen (z. B. Hardware-Wallets, IoT-Geräte).

Hintergrund: SSI ermöglicht es Nutzern, ihre Daten selbst zu verwalten und selektiv offenzulegen (Selective Disclosure). Der aktuelle Standard für JWT-basierte selektive Offenlegung ist SD-JWT (Selective Disclosure for JWTs) der IETF.
Schwachstellen von SD-JWT:
- Lineares Wachstum: Die Größe einer Credential wächst linear mit der Anzahl der Claims (Behauptungen). SD-JWT speichert für jeden Claim einen Hash und einen Salt (Salz).
- Speicher- und Netzwerk-Overhead: Dies führt zu hohem Speicherbedarf und großen Datenmengen bei der Übertragung (Verifiable Presentations), was für Geräte mit begrenztem RAM/Flash-Speicher (KB bis wenige MB) kritisch ist.
- Privatsphären-Risiko (Inference Attacks): Obwohl nicht-offengelegte Daten durch Hashes verborgen sind, verrät SD-JWT die genaue Anzahl der Claims im Credential. Angreifer können diese Anzahl nutzen, um Rückschlüsse auf verborgene sensible Informationen zu ziehen (z. B. Anzahl der Gesundheitsdaten).
- Gegenmaßnahmen bei SD-JWT: Um die Anzahl der Claims zu verschleiern, müssen bei SD-JWT „Decoy-Digests" (Fälschungen) hinzugefügt werden, was die Größe der Credential weiter erhöht.

2. Methodik: CSD-JWT

Die Autoren schlagen CSD-JWT (Compact and Selective Disclosure for JWTs) vor, ein neues Protokoll, das kryptografische Akumulatoren (Cryptographic Accumulators) nutzt, um die oben genannten Nachteile zu beheben.

Kernprinzip:
- Anstatt eine Liste von Hashes und Salts zu speichern, werden alle Claims eines Credentials in einen einzigen, festen Wert (den Akkumulator-Wert $a$ ) aggregiert.
- Dieser Wert wird unter Verwendung einer Falltür-basierten Akkumulator-Funktion (Trapdoor-based Accumulator) berechnet.
- Der Aussteller (Issuer) berechnet den Akkumulator-Wert und generiert für jeden Claim einen Witness (Beweis der Mitgliedschaft).
Ablauf:
1. Issuance (Ausstellung): Der Issuer aggregiert alle Claims $C$ zu einem Akkumulator-Wert $a$ . Für jeden Claim $c_j$ wird ein Witness $w_j$ berechnet. Der Holder erhält den Akkumulator-Wert und eine „Witness-Value Container" (WVC) mit den Paaren $(c_j, w_j)$ .
2. Selective Disclosure: Wenn der Holder Daten an einen Verifier weitergeben möchte, wählt er eine Teilmenge der Claims $C' \subseteq C$ aus. Er sendet nur diese Claims, die zugehörigen Witnesses und den Akkumulator-Wert $a$ .
3. Verification: Der Verifier prüft mit dem öffentlichen Schlüssel des Issuers und den Witnesses, ob die vorgelegten Claims tatsächlich im Akkumulator enthalten sind.
Technische Details:
- Die Implementierung nutzt einen ECC-basierten Akkumulator (auf der BN254-Kurve), der effiziente Batch-Operationen unterstützt.
- Die Größe des Akkumulator-Werts ist konstant (256 Bit), unabhängig davon, wie viele Claims im Credential enthalten sind.
- Die Anzahl der Claims im Credential bleibt für den Verifier verborgen, da nur der feste Akkumulator-Wert und die Witnesses für die offengelegten Claims sichtbar sind.

3. Wichtige Beiträge

Neues Protokoll: Entwicklung von CSD-JWT, das selektive Offenlegung mit minimalem Speicher- und Netzwerkbedarf kombiniert.
Privatsphären-Verbesserung: Durch die Verwendung des Akkumulators wird die genaue Anzahl der Claims im Credential verschleiert, was Inference-Angriffe verhindert, ohne dass zusätzliche „Decoy"-Daten benötigt werden.
Ressourceneffizienz: Deutliche Reduktion des Speicherbedarfs für Credentials und der Größe von Verifiable Presentations (VPs).
Open-Source-Implementierung: Die Autoren haben einen Prototypen implementiert und die Codebasis für die Forschungscommunity verfügbar gemacht.
Evaluation: Umfassende Tests auf einem leistungsstarken Server und auf einem ressourcenbeschränkten Gerät (Nordic nRF52840, RFC7228 Class-2).

4. Ergebnisse der Evaluation

Die Experimente verglichen CSD-JWT mit dem State-of-the-Art SD-JWT:

Speichereffizienz (Credential Storage):
- CSD-JWT spart bis zu 46% Speicherplatz pro Credential im Vergleich zu SD-JWT.
- Der Speicherbedarf wächst bei CSD-JWT nur für die Witnesses der offengelegten Claims, während bei SD-JWT Hashes und Salts für alle Claims gespeichert werden müssen.
Netzwerk-Overhead (Verifiable Presentation Size):
- Die Größe der übertragenen Daten (VP) ist bei CSD-JWT drastisch kleiner.
- Bei der Offenlegung von nur 1 Claim aus 100 (maximale Privatsphäre) ist die VP bei CSD-JWT 93% kleiner als bei SD-JWT.
- Selbst wenn alle Claims offengelegt werden, erreicht CSD-JWT immer noch eine 27%ige Größenreduktion.
Rechenleistung:
- Issuer: Die Berechnung des Akkumulators und der Witnesses ist etwas rechenintensiver als bei SD-JWT, aber für leistungsstarke Issuer (Server) vernachlässigbar (einige Millisekunden).
- Holder: Der Holder führt nur minimale Berechnungen durch (Signieren des JWT), was die Methode für schwache Geräte (Hardware-Wallets, IoT) ideal macht.
- Verifier: Die Verifizierungszeit liegt im Millisekundenbereich und ist für Verifier akzeptabel.

5. Bedeutung und Fazit

CSD-JWT stellt einen bedeutenden Fortschritt für die praktische Anwendung von SSI in ressourcenbeschränkten Umgebungen dar.

Hardware-Wallets & IoT: Da diese Geräte oft nur wenige Kilobyte bis Megabyte Speicher haben, ist die Reduktion des Overhead um 46% (Speicher) und bis zu 93% (Netzwerk) entscheidend für die Skalierbarkeit.
Zukunftssicherheit: Mit der Einführung der EU-Digital-Identity-Wallet (EUDI) und der Erwartung, dass Nutzer bis 2026 viele verschiedene Credentials verwalten, wird die Effizienzsteigerung von CSD-JWT noch relevanter.
Privatsphäre: Die Fähigkeit, die Anzahl der Claims zu verschleiern, ohne die Datenmenge durch Decoys aufzublähen, bietet einen überlegenen Schutz vor Inferenzangriffen im Vergleich zu SD-JWT.

Zusammenfassend bietet CSD-JWT eine robuste, effiziente und privatsphärenfreundliche Alternative zu bestehenden Selektionsmechanismen, die speziell für die Anforderungen moderner, dezentraler Identitätssysteme in eingebetteten Systemen optimiert ist.