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支持门限解密的多身份全同态加密方案

工程科学与技术 2019年第4期51卷 133-139页

作者：杨晓元涂广升孔咏骏周潭平武警工程大学密码工程学院陕西西安710086 网络和信息安全武警部队重点实验室陕西西安710086

针对传统的身份基全同态加密方案只能对同一身份下的密文进行同态运算和访问控制的问题,提出了一个基于LWE问题的多身份全同态加密方案。首先,使用工具矩阵得到新的加解密形式,约减噪音,并改变身份基加密中底层格基的维度,对身份基全同... 详细信息

针对传统的身份基全同态加密方案只能对同一身份下的密文进行同态运算和访问控制的问题,提出了一个基于LWE问题的多身份全同态加密方案。首先,使用工具矩阵得到新的加解密形式,约减噪音,并改变身份基加密中底层格基的维度,对身份基全同态加密方案进行优化。其次,利用多密钥全同态转化机制,构造身份基全同态加密方案的屏蔽系统,生成辅助密文。最后,将多密钥全同态加密中的多用户场景延伸到多身份场景,构造多身份全同态加密方案,实现对不同身份下密文的同态运算和访问控制。结果表明,本方案实现了身份基加密与多密钥全同态加密的结合,并证明为选择身份下的IND CPA安全。与其他方案相比,本方案加密单比特明文消息时密文规模更小,对密文进行同态运算时噪音扩张率更低,并且允许多个PKG参与密钥的生成、分发。同时,给出本方案的门限解密过程,据此可以构造一个2轮多方计算协议。

关键词：身份基加密全同态加密多身份门限解密

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一个全同态代理重加密方案

四川大学学报（工程科学版） 2016年第1期48卷 99-105页

作者：周潭平杨海滨杨晓元韩益亮武警工程大学电子技术系网络与信息安全武警部队重点实验室陕西西安710086 武警工程大学信息安全研究所陕西西安710086

针对现有全同态加密方案仅能对用同一密钥加密的密文进行计算的局限性,在Brakerski等构造的全同态加密方案基础上,结合密钥隐私(key-private)代理重加密的思想,并利用私钥置换技术,把某用户的密文置换成其他用户的私钥可以解密的新密文... 详细信息

针对现有全同态加密方案仅能对用同一密钥加密的密文进行计算的局限性,在Brakerski等构造的全同态加密方案基础上,结合密钥隐私(key-private)代理重加密的思想,并利用私钥置换技术,把某用户的密文置换成其他用户的私钥可以解密的新密文,从而构造密钥隐私的全同态代理重加密方案。该方案可以使拥有重加密密钥的代理者在不改变明文的情况下,把用委托方Alice的公钥加密后的密文转换为可以用受理方Bob的私钥解密,且代理者无法获知Alice和Bob的身份,同时,根据同态运算的性质,代理者可以对转换后的密文进行同态运算,即方案同时具有全同态的性质和代理重加密的性质,从而实现对用不同密钥加密的密文进行任意计算。另外,假如用户不使用重加密的功能,该方案将自动退化为高效的全同态加密方案(BGV方案)。所以对于不同应用需求,该方案具有较为良好的适应性。最后,在标准模型下证明了方案的CPA安全性和代理重加密的密钥隐私性。

关键词：公钥密码系统全同态加密代理重加密 LWE问题

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具有循环安全性的同态加密方案的设计

计算机研究与发展 2015年第6期52卷 1389-1393页

作者：杨晓元周潭平张薇吴立强武警工程大学网络与信息安全武警部队重点实验室西安710086 武警工程大学电子技术系西安710086

同态加密在云计算等领域具有重要的应用价值,针对现有同态加密方案中私钥个数多和需要预设乘法同态次数的缺陷,基于一个具有特殊b的误差学习问题(learning with errors problem,LWE)变种bLWE(the"special b"variant of the learning wit... 详细信息

同态加密在云计算等领域具有重要的应用价值,针对现有同态加密方案中私钥个数多和需要预设乘法同态次数的缺陷,基于一个具有特殊b的误差学习问题(learning with errors problem,LWE)变种bLWE(the"special b"variant of the learning with errors problem),得到具有循环安全性的重线性化过程,据此构造了一个较高效的同态加密方案.与Brakerski等人的方案相比,方案的构造者不需要事先知道服务器中乘法同态次数,且私钥个数由原来的L+1个大幅度地缩小为1个.最后,在标准模型下对重线性化过程的循环安全性和方案的CPA安全性进行了严格证明.

关键词：循环安全同态加密 LWE问题格标准模型

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高效的身份基多用户全同态加密方案

计算机应用 2019年第3期39卷 750-755页

作者：涂广升杨晓元周潭平网络和信息安全武警部队重点实验室西安710086 武警工程大学密码工程学院西安710086

针对传统的身份基全同态加密(IBFHE)方案无法对不同身份标识(ID)下的密文进行同态运算的问题,提出一个基于误差学习(LWE)问题的分层身份基多用户全同态加密方案。该方案利用Clear等(CLEAR M, McGOLDRICK C. Multi-identity and multi-ke... 详细信息

针对传统的身份基全同态加密(IBFHE)方案无法对不同身份标识(ID)下的密文进行同态运算的问题,提出一个基于误差学习(LWE)问题的分层身份基多用户全同态加密方案。该方案利用Clear等(CLEAR M, McGOLDRICK C. Multi-identity and multi-key leveled FHE from learning with errors. Proceedings of the 2015 Annual Cryptology Conference, LNCS 9216. Berlin:Springer, 2015:630-656)在2015年提出的身份基多用户全同态加密方案(方案)的转化机制,结合Cash等(CASH D, HOFHEINZ D, KILTZ E, et al. Bonsai trees, or how to delegate a lattice basis. Proceedings of the 2010 Annual International Conference on the Theory and Applications of Cryptographic Techniques, LNCS 6110. Berlin:Springer, 2010:523-552)在2010年提出的身份基加密(IBE)方案■方案),实现了不同身份标识下的密文同态运算,应用前景更加广阔,在随机预言机模型下为基于身份匿名的选择明文攻击下的不可区分性(IND-ID-CPA)安全。与方案相比,该方案在公钥规模、私钥规模、密文尺寸、分层性质和密钥更新周期方面都具有优势。

关键词：分层身份基加密多用户全同态加密同态运算基于误差学习

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基于三维成像技术的安全二维码

红外与激光工程 2019年第5期48卷 18-24页

作者：刘轶群魏悦川张敏情周潭平杨晓元武警工程大学密码工程学院网络与信息安全武警部队重点实验室陕西西安710086

扫码移动支付存在的安全漏洞已成为电子支付安全迫切需要解决的问题。提出了一种基于三维成像技术的安全二维码系统。首先,利用集成成像技术生成三维数字水印,作为商家标识;其次,对标识进行基于身份的数字签名;再次,在菲涅耳域,利用安... 详细信息

扫码移动支付存在的安全漏洞已成为电子支付安全迫切需要解决的问题。提出了一种基于三维成像技术的安全二维码系统。首先,利用集成成像技术生成三维数字水印,作为商家标识;其次,对标识进行基于身份的数字签名;再次,在菲涅耳域,利用安全二维码系统把携带有签名信息的三维数字水印,经过压缩编码后隐藏到二维码中。最后,用户扫码识别并提取出隐秘数据,同时验证签名信息,如果验证通过,计算重构并显示出三维数字水印图像,经用户鉴别后确认是否支付,完成双向认证过程。实验结果表明,采用基于身份的数字签名技术可以有效地防止三维数字水印被篡改、伪造、无正当理由式否认等情况。所提方法不仅增强了扫码移动支付的安全性,而且提高了系统的实时性和便捷性。多个系统参数组合作为密钥,有效地增加了密钥维度,拓宽了密钥空间,增加了攻击的难度,提高了系统安全性与稳健性。双向认证可信的扫码支付既确保了用户个人资金的安全,也维护了商家的信誉和财产安全。

关键词：安全二维码三维认证集成成像技术三维光学信息隐藏双向认证

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基于CPU多核的FHEW并行算法

密码学报 2017年第6期4卷 620-626页

作者：杨晓元丁义涛周潭平网络与信息安全武警部队重点实验室武警工程大学电子技术系

全同态加密算法发展迅猛,然而效率低下仍是其无法实际应用的关键因素.为了进一步加快全同态加密算法的运行速度,本文针对EUROCRYPT 2015上全同态加密算法FHEW存在大量独立矩阵和向量运算,以及CPU多核适合大量独立数据的运算的特点,提出... 详细信息

全同态加密算法发展迅猛,然而效率低下仍是其无法实际应用的关键因素.为了进一步加快全同态加密算法的运行速度,本文针对EUROCRYPT 2015上全同态加密算法FHEW存在大量独立矩阵和向量运算,以及CPU多核适合大量独立数据的运算的特点,提出并实现了FHEW方案的CPU多核并行算法.首先,通过分析比较FHEW算法四个主要过程的特点和运行时间,发现该算法中最消耗时间是密钥生成过程和同态与非门电路(包含自举过程),并且该两个过程中涉及大量独立的矩阵和向量运算.所以,本文对这两个过程进行了CPU多核并行优化.其次,考虑到算法中存在大量离散傅立叶变换和逆变换,该变换和逆变换消耗大量时间和内存资源,本文对离散傅立叶变换和逆变换函数中的大部分过程进行并行计算,从而提升了离散傅立叶函数的运行速度,进一步提高了方案效率.最后,分别运行原始算法和并行算法18次,得到平均运行时间.实验结果表明,在相同的环境下,密钥生成算法的运行时间由13029ms降至2434 ms,效率提高了4.35倍;一次同态与非门电路运算的运行时间由298.5 ms降至81 ms,效率提高了2.68倍.

关键词：全同态加密 FHEW CPU

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环LWE上高效的多密钥全同态加密方案

西安电子科技大学学报 2021年第1期48卷 87-95页

作者：车小亮周昊楠杨晓元周潭平刘龙飞李宁波武警工程大学密码工程学院陕西西安710086 网络和信息安全武警部队重点实验室陕西西安710086

基于RLWE问题的BGV型多密钥全同态加密方案具有较大的密文量和密钥量,且生成计算密钥的过程复杂,致使同态运算效率较低。针对该问题,提出了一种密钥量小、计算密钥生成效率高的BGV型多密钥全同态加密方案。首先,通过改进密文的扩展形式... 详细信息

基于RLWE问题的BGV型多密钥全同态加密方案具有较大的密文量和密钥量,且生成计算密钥的过程复杂,致使同态运算效率较低。针对该问题,提出了一种密钥量小、计算密钥生成效率高的BGV型多密钥全同态加密方案。首先,通过改进密文的扩展形式,优化了计算密钥的生成算法,提高了计算密钥的生成效率;其次,利用低位比特丢弃技术,减小了计算密钥生成算法中的计算冗余,降低了计算开销;最后,根据优化的算法,结合模交换技术和密钥交换技术,构造了一种高效的层级BGV型多密钥全同态加密方案。相比于现有的层级BGV型多密钥全同态加密方案,新方案在满足IND-CPA安全的条件下,简化了计算密钥生成过程,降低了存储和计算开销,且同态运算过程中产生的噪声值较小,运算效率较高。

关键词：多密钥全同态加密密文扩展算法计算密钥密钥交换混合同态乘法

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一种改进的格上CCA安全的密码方案

小型微型计算机系统 2014年第7期35卷 1505-1508页

作者：周潭平杨晓元吴立强武警工程大学电子技术系网络与信息安全武警部队重点实验室西安710086 武警工程大学信息安全研究所西安710086

改进了Peikert C的一篇经典文章中基于格的CCA安全的公钥密码方案.在保持经典方案加解密速度快、密文扩展率低,能够进行公开的密文完整性验证,能够实现块加密的优良性质不变的基础上,把方案中陷门函数生成的两组实例巧妙地变换成只生成... 详细信息

改进了Peikert C的一篇经典文章中基于格的CCA安全的公钥密码方案.在保持经典方案加解密速度快、密文扩展率低,能够进行公开的密文完整性验证,能够实现块加密的优良性质不变的基础上,把方案中陷门函数生成的两组实例巧妙地变换成只生成一组实例,并且对新方案的正确性和新方案在标准模型下的CCA安全进行了严格地证明,最后比较了两种方案的密钥长度.新方案的公钥长度和私钥长度较Peikert C的方案有显著地缩减.因此,新方案克服了经典方案中密钥长度太大的严重缺陷,在方案的效率上有了大幅度提高.

关键词：公钥密码体制可证明安全格 CCA安全

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基于同态加密的隐私保护推荐算法

郑州大学学报（理学版） 2020年第3期52卷 62-67页

作者：潘峰刘文超杨晓元周潭平涂广升武警工程大学密码工程学院陕西西安710086 网络与信息安全武警部队重点实验室陕西西安710086

在ESORICS16上提出的TW16方案基础上,构造并实现了一种准确高效的基于同态加密的隐私保护推荐协议。针对活跃用户的特点,通过增加活跃用户的评分权值的方法提升推荐协议的合理性和准确性,通过对参数设置进行优化和增加计算缓存的方法提... 详细信息

在ESORICS16上提出的TW16方案基础上,构造并实现了一种准确高效的基于同态加密的隐私保护推荐协议。针对活跃用户的特点,通过增加活跃用户的评分权值的方法提升推荐协议的合理性和准确性,通过对参数设置进行优化和增加计算缓存的方法提升协议的效率,并对协议的安全性进行了分析。实验结果表明,与TW16推荐协议相比,所构造协议的推荐准确性较高,且协议中数据预处理过程和执行过程中的效率得到提升,单预测协议运算时间减少了13.4%,Top-n协议运算时间减少了12.7%。

关键词：推荐算法同态加密隐私保护