云环境中基于代理重加密的多用户全同态加密方案

为解决云环境下多用户共享、隐私安全和密文计算等问题,该文提出一种适用于云环境的基于代理重加密的多用户全同态(proxy re-encryption-based,multi-user,fully homomorphic encryption scheme for cloud computing,PREBMUFHE)加密方案。该方案使用不同的公钥对不同用户的密文进行加密,使得不同用户密文满足密文独立和不可区分性。为了使2个用户之间的密文运算结果满足全同态性,当密文上传到云端时,由云服务提供商(cloud service provider,CPS)作为代理方对其中一个用户的密文进行重加密,将其转化为对同一用户下的密文,然后再进行密文的运算。安全分析证明了该方案的安全性是基于容错学习(learning with errors,LWE)困难问题,在普通双线性群随机域模型下能抵御选择明文攻击(indistinguishability under chosen plaintext attack,IND-CPA)。实验结果表明:该方案能有效实现不同用户密文的全同态运算,支持多用户共享。     

多密钥全同态加密的研究现状与发展趋势

全同态加密是隐私保护的一种技术,可以使数据在密文状态下进行运算且运算结果解密之后与在明文状态下的运算结果一致。多密钥全同态加密允许在不同密钥下加密的密文之间进行同态操作。加密方案中存在密钥交换、密文扩展等影响运算效率的多项式函数,而且投入实际应用的方案需具备良好的计算效率。以同态加密的3个发展阶段为分水岭,分别梳理每一阶段的多密钥全同态加密的基本构造流程并分析学者们对其进行的核心优化方法。最后简要讨论多密钥全同态加密方案面临的问题并展望未来可能的优化方向。     

基于谓词的Paillier型密文解密外包方案

近年来,随着云技术的快速发展,越来越多的用户开始将复杂的计算资源外包给"云端",然而,云环境下如何对数据进行访问控制却成为制约其发展的瓶颈.基于谓词的加密(predicate encryption,PE)方法计算更加复杂和灵活,从而能实现对密文解密权限的访问控制,因而备受关注.在Paillier方案基础上,借鉴Green等人提出的密文解密外包思想,构造了基于谓词的Paillier型密文解密外包方案.同时,解密过程被部分外包到"云端"进行,减小了用户开销.该方案支持同态操作,并且在子群判定问题困难假设下达到IND-AH-CPA(INDistinguishability-attribute hiding-chosen plain attack)安全.     

基于MGSW15方案的分组密码电路的同态运算

全同态加密(FHE)允许在不知道秘密信息的前提下对密文进行任意运算,已成为大数据和云安全背景下的热门研究方向,近年来取得了重大进展.但在实际应用中全同态加密仍面临诸多问题,其中严重的密文扩张给密文传输带来了巨大压力,通过将全同态加密方案与对称密码相融合可以有效解决这一问题.GSW类型的全同态加密方案效率较高,且进行同态计算不需要再线性化技术,本文选取了支持并行操作的MGSW15方案,其密文可以转化为任意基于LWE的FHE方案的密文.给出了在云计算背景下基于MGSW15方案实现密文压缩的基本框架,并利用该方案分别同态计算实现了分组密码AES-128、PRINCE、SIMON-64/128电路,根据每种分组密码的结构特点对其明文分组采用多种切割方式以提高同态运算效率,最后对效率和安全性进行了分析.结合AES算法的安全性、通用性以及轻量级分组密码算法PRINCE和SIMON的高效性,本文的工作在实际应用中效率更高、应用范围更广,密文传输量与明文规模的比值趋近于1,且传输1比特明文只需进行O(1)次同态乘法.     

混合云模式下数据安全存储方案

针对混合云模式下数据安全存储与共享使用的问题,提出一种适用于混合云模式下的高效数据安全共享方案,该方案采用密文策略的属性基加密机制加密数据,通过私有云将密文数据存储在公有云上;移动用户访问云数据时,采用匿名密钥协商技术和委托加解密方法,保证用户对数据的快速访问.实验结果表明,本方案能够保证公有云上数据的安全存储,支持细粒度的访问控制,同时将大部分解密计算委托给私有云,减少移动云用户访问云数据的处理时间,使得其加解密时间为恒定值,不会随着属性的增多而线性增长.      

可撤销属性的格基属性加密方案

针对量子环境下属性加密体制中属性撤销的问题,结合Zhang等提出的格上基于密文的属性加密方案,在格上构建了一个可撤销属性的格基属性加密方案。通过属性撤销列表,在二叉树结构下将未被撤销属性对应的密钥进行更新,从而达到撤销属性的目的。利用Shamir门限秘密共享的思想,实现了门限访问控制策略。该方案在随机预言机模型下是选择性安全的,安全性规约到错误学习问题。分析表明该方案在量子攻击下是安全的,并且支持灵活的门限访问控制策略。     

基于全同态加密与对称加密融合的批处理研究（英文）

现有的全同态加密方案都具有很大的密文膨胀问题,该问题是制约实际应用的重要瓶颈.为了提高传输效率,Naehrig等提出了混合加密的想法,即用户使用密钥为k的对称算法E加密明文m,再使用公钥为pk的全同态方案加密密钥k,将缩小尺寸后的密文c′=(HE_(pk)(k),E_k(m))发送给云端,云端可以同态运算解密电路C_E~(-1)解压出同态密文HE_(pk)(m).本文将全同态加密与对称加密融合方案推广到批处理形式,利用中国剩余定理将l个密文E_k(m_0),…,E_k(m_(l-1))打包进一个密文C中,将C′=(HE_(pk)(k),C)发送给云端.云端利用C′,只需要同态运算C_E~(-1)一次就可以恢复出全部的HE_(pk)(m_i),这个过程在原方案中需要进行l次.通过这种方式,极大地缩短了原本需要耗费大量计算的同态运算解密电路过程.文中以批处理GSW13全同态加密与FLIP流密码融合方案为例详细说明了这一过程.与原方案相比,对于安全参数为λ的FLIP流密码方案,批处理方案可以将这个过程的计算复杂性从■缩小到■     

基于全同态加密与对称加密融合的批处理方案

现有的全同态加密方案都具有很大的密文膨胀问题,该问题是制约实际应用的重要瓶颈.为了提高传输效率,Naehrig等提出了混合加密的想法,即用户使用密钥为k的对称算法E加密明文m,再使用公钥为pk的全同态方案加密密钥k,将缩小尺寸后的密文c′=(HEpk(k),Ek(m))发送给云端,云端可以同态运算解密电路CE-1解压出同态密文HEpk(m).本文将全同态加密与对称加密融合方案推广到批处理形式,利用中国剩余定理将l个密文Ek(m0),…,Ek(ml-1)打包进一个密文C中,将C′=(HEpk(k),C)发送给云端.云端利用C′,只需要同态运算CE-1一次就可以恢复出全部的HEpk(mi),这个过程在原方案中需要进行l次.通过这种方式,极大地缩短了原本需要耗费大量计算的同态运算解密电路过程.文中以批处理GSW13全同态加密与FLIP流密码融合方案为例详细说明了这一过程.与原方案相比,对于安全参数为λ的FLIP流密码方案,批处理方案可以将这个过程的计算复杂性从O~(λ3)缩小到O~(λ2).     

理想格上支持访问树的属性基加密方案

针对量子时代下属性基加密(attribute-based encryption,ABE)机制中访问结构设计较复杂的问题,结合Zhu等提出的基于R-LWE(learning with error over ring)的属性基加密方案,提出一种理想格上支持树形访问结构的密文策略属性基加密方案。该方案将格理论应用到属性基加密机制中,采用访问树表示访问策略。访问树的叶子节点表示属性,非叶子结点表示策略操作符,通过Shamir秘密共享技术构造灵活的访问表达式,支持访问策略的与、或、门限操作,实现对密文的访问控制。理想格上的加密方案具有私钥尺寸小、运算效率高等优点。该方案基于理想格上R-LWE难题,满足标准模型下选择明文攻击安全。通过与相关方案对比分析表明,该方案在保证性能不变的前提下,能够抵抗量子攻击,实现灵活的访问策略。     

密文策略的权重属性基加密方案

在综合分析现有密文策略属性基加密方案的基础上,针对现有密文策略属性基加密方案较少考虑属性重要性的现状,将权重的概念引入到密文策略属性基加密方案中.授权机构依据属性在系统中的重要程度为其分配不同的权值,并依据属性的权值,通过属性转化算法将属性集合转化为属性权重分割集,利用线性秘密共享方法来实现密文策略权重属性基加密方案.提出了密文策略权重属性基加密方案的安全模型,在判定性双线性Diffie-Hellman指数假设下证明了该方案在标准模型下抵抗选择明文攻击的能力.密文策略权重属性基加密方案尽管在密文和密钥长度方面有所增加,但方案既可以支持细粒度的访问控制,又可以体现出属性的重要性,更加贴近于实际环境.     

可支持属性撤销的基于 CP-ABE 可搜索加密方案

针对目前基于属性的可搜索加密方案存在密钥泄露以及不支持属性撤销的问题,提出了一种云环境下,安全高效、可支持属性撤销的基于 CP-ABE （ciphertext-policy attribute based encryption）的可搜索加密方案。该方案不仅可支持细粒度的访问控制,具有较高的计算效率,且用户密钥使用随机值盲化后提交服务器,保证了用户密钥的保密性和安全性。该方案支持用户属性的撤销,并在属性撤销过程中,将密文更新的大部分工作转移给云服务提供商完成,方案在保证安全性的前提下,进一步降低了用户的计算代价。方案的安全性基于 DL（decisional linear）假设,在通用模型下具有选择明文攻击安全,抗合谋攻击,前向安全和后向安全。     

一种基于异或运算的属性撤销CP-ABE方案

针对属性撤销CP-ABE方案中密钥更新时属性授权机构与用户之间的通信开销过大及密文更新时云存储中心的计算复杂度过高的问题,本文提出一种基于异或运算的、支持属性级撤销的密文策略属性基加密方案. 在该方案中,属性授权机构先将需要撤销的属性名称、被撤销用户的标识及新的时间参数发送给云存储中心,然后云存储中心根据用户标识和新的时间参数的异或结果与密文的一部分进行异或运算,得到新密文.收到新密文后,正常用户可以利用自己的密钥解密得到原密文,进而得到明文,而被撤销用户则只能使用已撤销属性的新密钥才能解密得到原密文,从而实现属性级撤销. 理论分析和数值模拟表明,在保证系统安全性的前提下,该方案能够减少属性授权机构与用户间的通信开销,降低云存储中心的计算复杂度.     

一种高效的多身份全同态加密方案

利用高效的格陷门生成算法构造了身份基加密方案。方案的安全性可归约到标准LWE问题,大大降低了格安全维数,同时降低了密钥规模和计算复杂度。将该方案转化为单身份的全同态加密方案,利用近似奇异向量消除同态运算密钥,运用原象矩阵进行加密,使用子高斯随机变量分析参数,同时将方案的噪声膨胀率由O(n)降为O(n~(0.5))。最后进一步利用扩展密文方法和掩藏方案构造了高效的支持多身份的全同态加密方案。     

基于区块链的物联网安全数据共享系统

针对传统数据共享方法存在隐私泄露、易受到拒绝服务攻击和黑客入侵等问题,通过密文属性策略基加密、同步聚合签名、可验证随机函数等方法,设计基于区块链的物联网安全数据共享系统。首先,物联网设备利用密文属性策略基加密方案对数据进行加密,从而对数据使用者的属性进行限定,实现细粒度的数据共享访问控制,并且可以定义使用者的访问次数;其次,在数据共享系统中引入付费商业模型,让云服务器可以为提供的服务进行收费,并且通过可验证随机函数和同步聚合签名产生相应的资源使用证明;然后,物联网设备管理方利用区块链智能合约可以对云服务器产生的证明进行自动化验证;最后,通过外包计算方法将大量运算外包给云服务器进行计算,从而降低用户端的解密开销。本文系统的优势是抵抗针对云存储密文的分布式拒绝服务供给,降低细粒度安全数据共享中用户的解密开销,以及利用区块链智能合约对云平台提供的服务进行审计。通过同步聚合签名可以将多个服务证明进行聚合,从而提高审计的效率。实验结果表明,该系统能够实现分布式的信任管理,对物联网数据的处理速度效率高,能够对加密数据进行细粒度的共享和管理。     

云环境下基于同态加密算法的朴素贝叶斯分类器

针对云环境中隐私数据的安全性问题,提出一种在云环境下对加密数据进行计算的模型,包含密文乘法算法、密文比较算法和密文对数算法三种密文计算算法,并将其应用到朴素贝叶斯分类器中．首先,将密文通过同态加密算法增加随机的扰动项,发送给云计算中心;然后,云计算中心在不泄露私钥的情况下,将添加随机扰动的密文数据解密为明文数据,对明文数据执行相应操作后,加密发送给云存储组件,当解密添加随机扰动的数据时不会暴露真实明文数据;接着,云存储组件通过同态加法消除随机扰动的影响,得到所需数据;最后,将密文计算算法应用在朴素贝叶斯分类器中,实现对加密文本数据的分类．实验结果表明：密文计算模型的效率有较大的提高,且该模型将大量计算放在云环境中,可以减轻客户端压力,充分利用云环境中的资源．     

云计算网络数据库中的加密优化模型仿真分析

针对云计算网络数据库中大数据加密耗时长的弊端,提出一种新的并行同态加密(DGHV)方案。在云计算网络环境下,采用DGHV同态加密算法进行初步数据加密,并对加密过程产生的噪声进行去噪处理。引入MapReduce计算框架的并行特性,使用分块算法对云环境中的大数据进行分割,并采用同态算法进行加密,最后将加密后的密文块汇总,得到整个数据库中的密文。实验结果表明,通过相同的实验平台对云环境网络数据进行加密优化。相比较其他方法针对大数据的处理的加速比较高,能够有效地减少加密时间。     

一种基于CKKS同态加密与神经网络的安全人脸识别方案

随着大数据技术的不断发展,人脸识别应用越来越广泛,但随之而来的是用户隐私数据泄露等安全问题.针对此,提出一种在云服务器下基于同态加密与神经网络的人脸识别方案.通过CKKS同态加密方案对人脸图像进行加密,在云服务器中通过ResNet50 Model与Arcface Loss函数对LFW数据集进行训练,计算加密图片之间的向量相关性,对密文结果解密并比较阈值判断是否为同一个人,实现人脸识别.实验结果表明,该方案在LFW数据集上,阈值大约为0.25时,密文中的识别准确率达到99.398%,证明本文方案具有较高的识别精度.     

一种基于节点映射关系的云数据安全代理访问机制

随着移动终端多媒体技术的发展,用户逐渐将本地数据通过各种网络备份到云存储服务器上.云平台在提供廉价便捷的数据存储服务的同时也存在数据安全防护问题,尤其是密文数据访问控制完全依赖于云服务商.为了防止数据被非授权用户和半可信云存储提供商的非法访问,提出一种基于节点映射关系的CP-ABE属性加密算法,即通过属性管理降低权限管理的复杂度.在密文访问控制机制中引入密钥授权中心和安全代理实现存储服务与安全服务异地存储,保证在开放环境下云存储系统中数据的安全性.实验结果表明,这种属性管理机制在少量的系统开销下实现了数据存储与密钥存储的分离,具有较高的应用价值.     

扩展的密文策略属性基加密机制

提出并描述了一种扩展的密文策略属性基加密(ECP-ABE)机制.对CP-ABE树形访问策略结构进行扩展,使其能够支持not和比较运算符表达式运算操作,显著增强了CP-ABE机制的访问控制能力.最后证明了所设计的ECP-ABE机制在标准模型下是适应性选择明文攻击(CPA)安全的,扩展的访问结构树不会给加密系统带来额外的安全问题.     

基于LWE的单层同态云计算方案

为了实现安全的远程操作,通过分析研究一次或单层的同态运算,构造了一个基于错误学习(LWE)的单层同态云计算方案(s LHCC).首先,根据解密者是否知道LWE问题中所使用的随机向量,构造了2个不同的单层同态加密方案s LHE1和s LHE2,并得到了相应的s LHCC方案.该方案在保持LWE问题困难性的基础上,实现了云端单次的同态加和乘运算.根据合理的操作约定和同态结果,用户可以在不泄露操作需求(密文)的情况下,执行远程操作和控制.结果表明,与其他同态加密方案相比,s LHCC的公钥尺寸从传统的矩阵降为向量,从而减小了密文尺寸和云端的存储需求.