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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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NTRU型多密钥全同态加密方案的优化

工程科学与技术 2020年第5期52卷 186-193页

作者：车小亮周潭平李宁波周昊楠刘龙飞杨晓元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

现有的NTRU型多密钥全同态加密方案多是基于2的幂次分圆多项式环构造的,全同态计算过程使用了复杂的密钥交换操作,这类方案容易遭受子域攻击,且同态运算效率较低,对此本文提出了一个安全性更好、效率更高的NTRU型多密钥全同态加密方案... 详细信息

现有的NTRU型多密钥全同态加密方案多是基于2的幂次分圆多项式环构造的,全同态计算过程使用了复杂的密钥交换操作,这类方案容易遭受子域攻击,且同态运算效率较低,对此本文提出了一个安全性更好、效率更高的NTRU型多密钥全同态加密方案。首先,将现有方案底层的分圆多项式环扩展应用到素数次分圆多项式环上,给出了基于素数次分圆多项式环的NTRU型多密钥全同态加密的基础方案模型(B-MKFHE方案),该方案模型可以抵御更多的子域攻击。其次,在B-MKFHE方案模型的基础上,通过扩展密文多项式维度,优化了NTRU型多密钥同态运算结构,使得同态运算过程不再需要复杂耗时的密钥交换操作。最后,根据优化的多密钥同态运算结构,结合模交换技术,构造了无需密钥交换的层级的NTRU型多密钥全同态加密方案(M-MKFHE方案)。分析结果表明,本文提出的M-MKFHE方案能有效抵御子域攻击,满足IND-CPA安全。与B-MKFHE方案相比,M-MKFHE方案具有更小的存储开销和计算开销,同态运算过程中产生的噪声值较小,运算效率较高,且支持更深层次的同态运算。

关键词： NTRU型多密钥全同态加密素数次分圆多项式环密文扩展同态运算结构 IND-CPA安全

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多密钥全同态加密研究

密码学报 2020年第6期7卷 713-734页

作者：李宁波周潭平车小亮杨晓元韩益亮武警工程大学密码工程学院西安710086 网络与信息安全武警部队重点实验室西安710086

多密钥全同态加密支持对不同用户(密钥)的密文数据进行分析处理,处理后的结果可由所有参与计算的用户联合解密,其相对于传统的(单密钥)全同态加密,更加适用于云环境下多用户数据的隐私保护和处理.此外,由于格密码自身具有的抗量子攻击特... 详细信息

多密钥全同态加密支持对不同用户(密钥)的密文数据进行分析处理,处理后的结果可由所有参与计算的用户联合解密,其相对于传统的(单密钥)全同态加密,更加适用于云环境下多用户数据的隐私保护和处理.此外,由于格密码自身具有的抗量子攻击特性,基于格的多密钥全同态加密成为近年来相关密码学者的研究热点.自2012年López-Alt等人提出多密钥全同态加密方案LTV12至今,多密钥全同态加密在传统的(单密钥)全同态加密的基础上蓬勃发展.本文从MKFHE的研究现状、MKFHE方案的典型构造、利用MKFHE来构造云环境下的安全多方计算(Multi-Party Computing,MPC)、当前MKFHE存在的问题以及未来发展趋势等方面,对近年来多密钥全同态加密的发展进行分析与研究.

关键词：云计算隐私保护多密钥全同态加密

云环境下基于多密钥全同态加密的定向解密协议设计

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信息网络安全 2020年第6期 10-16页

作者：李宁波周昊楠车小亮杨晓元网络与信息安全武警部队重点实验室西安710086 武警工程大学西安710086

如何在不泄露个人隐私的前提下,对多用户的隐私数据进行分析处理,是当前云环境下迫切需要解决的问题。多密钥全同态加密(Multi-key Fully Homomorphic Encryption,MKFHE)支持对不同用户(密钥)的密文数据进行分析处理,处理后的结果可由... 详细信息

如何在不泄露个人隐私的前提下,对多用户的隐私数据进行分析处理,是当前云环境下迫切需要解决的问题。多密钥全同态加密(Multi-key Fully Homomorphic Encryption,MKFHE)支持对不同用户(密钥)的密文数据进行分析处理,处理后的结果可由所有参与计算的用户联合解密,是实现云环境下多用户数据间安全分析与隐私保护的有力工具。当前主流的MKFHE在联合解密的过程中,通常需要利用安全多方计算中的相关技术,如OT(不经意传输)协议等,来保证广播过程的安全,从而使得解密过程较为复杂。与此同时,解密结果不具备可控性,即对于合法用户而言最终解密的场景并不适用。为了解决这一问题,文章设计实现了基于GSW型MKFHE的定向解密协议,协议底层的全同态加密方案基于误差学习问题(Learning with Errors,LWE),其安全性可以规约到标准模型下理想格的困难问题。该协议能够允许任意合法用户来执行最终的解密过程,相较于GSW型MKFHE方案MW16的解密过程,该解密协议增强了数据拥有者对于密文结果的可控性,且不需要使用安全多方计算中的相关技术,降低了解密过程的交互次数和复杂性,提高了解密过程效率,具有良好的应用前景。

关键词：多密钥全同态加密隐私保护定向解密

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一类高阶Bent函数的构造方法

计算机工程 2012年第14期38卷 122-123,131页

作者：车小亮杨晓元申军伟武警工程学院电子技术系网络与信息安全武警部队重点实验室西安710086 西安电子科技大学计算机网络与信息安全教育部重点实验室西安710071

提出一类高阶Bent函数的构造方法,将级联后的Bent序列转化为矩阵形式,对矩阵作任意行列置换,得到一类新的Bent序列,根据Bent序列的性质,对2个已知的n元Bent函数进行Kronecker积运算,由此构造一个2n元的Bent函数,同理对m个n元Bent函数进... 详细信息

提出一类高阶Bent函数的构造方法,将级联后的Bent序列转化为矩阵形式,对矩阵作任意行列置换,得到一类新的Bent序列,根据Bent序列的性质,对2个已知的n元Bent函数进行Kronecker积运算,由此构造一个2n元的Bent函数,同理对m个n元Bent函数进行Kronecker积运算,构造mn元高阶Bent函数,并对构造的mn元Bent函数进行矩阵变换,得到数量更多的高阶Bent函数。

关键词：密码学布尔函数级联Bent函数矩阵变换 Kronecker积运算高阶Bent函数

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布尔函数线性结构分析及构造

计算机应用研究 2013年第3期30卷 894-896页

作者：车小亮杨晓元肖海燕申军伟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 西安电子科技大学计算机网络信息安全教育部重点实验室西安710071

通过对部分Bent函数中线性空间进行研究,定量地刻画出线性空间对相关免疫阶、扩散次数和代数次数的影响;利用Maiorana-McFarland方法构造出一类高非线性度的平衡相关免疫函数,证明了构造出的函数不含线性结构。

关键词：部分Bent函数密码学性质线性结构 Maiorana—McFarland构造非退化性

基于素数幂次阶分圆多项式环的多密钥全同态方案

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信息网络安全 2020年第5期 83-87页

作者：周昊楠李宁波车小亮杨晓元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

传统的全同态加密方案允许对单个用户的密文进行任意计算,计算结果解密后能够得到与明文计算相一致的结果。多密钥全同态加密方案允许云服务器对多个用户的密文进行任意计算,更适用云计算的应用场景。基于公钥加密方案NTRU的多密钥全同... 详细信息

传统的全同态加密方案允许对单个用户的密文进行任意计算,计算结果解密后能够得到与明文计算相一致的结果。多密钥全同态加密方案允许云服务器对多个用户的密文进行任意计算,更适用云计算的应用场景。基于公钥加密方案NTRU的多密钥全同态加密方案被称为NTRU型多密钥全同态加密方案,具有密钥和密文尺寸短、运算速度快和潜在的抗量子攻击等特性。但是,现有的NTRU型多密钥全同态加密方案存在可选的环结构少、使用的环结构容易受到子域攻击等问题。文章以NTRU型多密钥全同态加密方案LTV12为研究对象,将该方案中的2的幂次阶分圆多项式环替换为素数幂次阶分圆多项式环,密钥生成算法采用正则嵌入下的高斯分布,优化了LTV12方案,增加了可选环结构的数量,并使其免受子域攻击的危害,对其实用性和安全性具有推动意义。

关键词：多密钥全同态加密素数幂次阶分圆多项式环正则嵌入

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基于NTRU的多密钥同态加密方案解密结构

计算机应用 2020年第7期40卷 1959-1964页

作者：车小亮周昊楠周潭平李宁波杨晓元武警工程大学密码工程学院西安710086 网络与信息安全武警部队重点实验室西安710086

为了进一步提升NTRU型多密钥全同态加密(MKFHE)方案的安全性和效率,基于素数幂次分圆多项式环,研究了NTRU型多密钥同态加密的原始解密结构特点,并提出了两种多密钥同态解密结构改进优化方法。首先通过降低多项式系数,设计了"Regev-Style... 详细信息

为了进一步提升NTRU型多密钥全同态加密(MKFHE)方案的安全性和效率,基于素数幂次分圆多项式环,研究了NTRU型多密钥同态加密的原始解密结构特点,并提出了两种多密钥同态解密结构改进优化方法。首先通过降低多项式系数,设计了"Regev-Style"多密钥解密结构;其次通过扩展密文维度,设计了"Ciphertext-Expansion"多密钥解密结构。通过与NTRU型多密钥同态加密方案的原始解密结构进行对比分析,结果表明"Regev-Style"多密钥解密结构降低了产生噪声的量级,用于NTRU型多密钥全同态加密方案设计时能减少密钥交换次数和模交换次数;"Ciphertext-Expansion"多密钥解密结构消除了密钥交换过程,降低了产生噪声的量级,且能更有效地处理重复用户的密文乘积。改进优化的多密钥解密结构的安全性均基于素数幂次分圆多项式环上的误差学习(LWE)问题和判定小多项式比(DSPR)假设,这些结构能较好地抵御子域攻击。通过选取合适的参数,它们可用于设计更加安全高效的NTRU型多密钥全同态加密方案。

关键词： NTRU型多密钥同态加密素数幂次分圆多项式环同态乘法解密结构小系数多项式密文扩展

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α-烯烃齐聚技术研究和应用进展