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基于加法同态加密与多高位嵌入的加密域图像可逆信息隐藏

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网络与信息安全学报 2023年第4期9卷 121-133页

作者：肖文乾杨高波王德望夏明湖南大学信息科学与工程学院湖南长沙410082

密文域图像可逆信息隐藏将图像加密和可逆信息隐藏相结合,可提升图像网络传输的安全性和信息传输效率。然而,对于密文图像可逆信息隐藏,常规的逐位流加密会破坏图像的空间相关性,影响预留嵌入空间。提出基于加法同态加密与多高位嵌入的... 详细信息

密文域图像可逆信息隐藏将图像加密和可逆信息隐藏相结合,可提升图像网络传输的安全性和信息传输效率。然而,对于密文图像可逆信息隐藏,常规的逐位流加密会破坏图像的空间相关性,影响预留嵌入空间。提出基于加法同态加密与多高位嵌入的加密域图像可逆信息隐藏方法,通过加密预留空间。将原始图像划分为无重叠的块,同一个块采用相同的密钥进行加法同态加密,尽可能地将原始图像子块内像素相关性转移到加密后图像对应的子块中。为了提升安全性,加密后的图像再逐块进行Arnold置乱。依据块内像素与预测值之间的差值,确定该块是否嵌入信息及嵌入容量。对于可嵌入的块,利用少量的像素低位保存预测差值以保证图像可逆,冗余的多高位则以位替换的方式嵌入秘密信息。针对多高位预测可能错误的问题,设计一个依据预测差值大小腾出高位的嵌入位置选择策略,使得越接近的像素值能预留越多的高位空间。在解密阶段,秘密信息能够无误地从子块内像素的多高位提取,图像内容也能根据嵌入的多高位的数量、预测值以及预测差值实现无损恢复。实验结果表明,所提方法对广泛使用的BOWS-2数据集的图像平均嵌入容量可达2.58 bit/pixel,优于其他的同类方法。

关键词：加法同态可逆信息隐藏加密域多高位嵌入

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基于CL加密的改进分布式解密系统

计算机技术与发展 2024年第5期34卷 95-102页

作者：张志莹王志伟南京邮电大学计算机学院江苏南京210023

近些年,无线医疗传感器网络(Wireless Medicine Sensor Networks,WMSNs)得到了广泛的应用。WMSNs提高了患者护理质量,但同时也存在许多安全隐患。为了保护患者数据的隐私安全,Yi等人提出了一个基于Paillier密码系统的分布式ElGamal密码... 详细信息

近些年,无线医疗传感器网络(Wireless Medicine Sensor Networks,WMSNs)得到了广泛的应用。WMSNs提高了患者护理质量,但同时也存在许多安全隐患。为了保护患者数据的隐私安全,Yi等人提出了一个基于Paillier密码系统的分布式ElGamal密码系统。然而,Rao分析了他们的方案并展示了一种可行的攻击,该攻击允许攻击者获取密钥。因此,是否可以将具有加法同态性质的密码系统修改为安全的分布式解密系统,以实现更简单的分布式密钥生成和更高效的分布式解密仍然是一个挑战。针对上述挑战,该文提出了一种基于Castagnos和Laguillaumie(CL)加密的改进分布式解密系统,并对未知阶群G上的离散对数关系给出了有效的零知识证明。与其他分布式解密系统相比,基于CL加密的改进分布式系统具有良好的性能、更可靠的设置、更高的安全级别。

关键词：分布式解密系统加法同态 HSM群零知识证明自适应根子群假设

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购买者透明的非对称扩频指纹方案

电子学报 2006年第6期34卷 1041-1047页

作者：朱岩杨永田叶志远邹维冯登国北京大学计算机科学技术研究所北京100871 哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院黑龙江哈尔滨150001 中科院研究生院信息安全国家重点实验室北京100049

数字指纹的透明性是指在购买者不知道指纹存在的情况下实现数字指纹对多媒体的保护,它是电子交易的一项重要要求.依据所提出的安全二进制定点补码表示方法以及具有加法同态性质的密码系统,本文提出了一种基于扩频编码的非对称指纹方案,... 详细信息

数字指纹的透明性是指在购买者不知道指纹存在的情况下实现数字指纹对多媒体的保护,它是电子交易的一项重要要求.依据所提出的安全二进制定点补码表示方法以及具有加法同态性质的密码系统,本文提出了一种基于扩频编码的非对称指纹方案,通过分析表明方案具有购买透明性、缺席审判、不可否认性和陷害性等特点.

关键词：数字指纹非对称指纹叛逆跟踪扩频编码加法同态

可证明安全的抗量子高效口令认证密钥交换协议

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计算机学报 2022年第11期45卷 2321-2336页

作者：尹安琪汪定郭渊博陈琳唐迪信息工程大学电子技术学院郑州450001 南开大学网络空间安全学院天津300350 天津市网络与数据安全技术重点实验室(南开大学) 天津300350

基于格的口令认证密钥交换(Password-Authenticated Key Exchange,PAKE)协议在后量子时代具有广泛的应用前景.降低通信轮次可以有效提高执行效率,也是格上PAKE协议的重要优化方向.现有基于格的低轮次PAKE协议的构建方法主要有两种:一种... 详细信息

基于格的口令认证密钥交换(Password-Authenticated Key Exchange,PAKE)协议在后量子时代具有广泛的应用前景.降低通信轮次可以有效提高执行效率,也是格上PAKE协议的重要优化方向.现有基于格的低轮次PAKE协议的构建方法主要有两种:一种是基于非交互式零知识(Non-Interactive Zero-Knowledge,NIZK)证明,但在标准模型下如何在格上实现NIZK证明仍然是公开问题;另一种虽然宣称基于不可区分适应性选择密文攻击(Indistinguishability under Adaptive Chosen-Ciphertext Attack,IND-CCA2)的安全模型,但实际上只采用了不可区分性选择密文攻击(Indistinguishability under Chosen-Ciphertext Attack,IND-CCA1)安全的公钥加密(Public Key Encryption,PKE)方案,该类PAKE协议在现实应用时需要利用签名/验签等技术才能保证安全性.这两种方法都会增加计算和通信开销.为此,本文利用带误差学习(Learning with Errors,LWE)问题的加法同态属性,提出了一种格上IND-CCA2安全的非适应性平滑投影哈希函数(Smooth Projective Hash Function,SPHF),该函数支持一轮PAKE协议的构造;并确定了所基于的PKE方案中相关参数的大小,从而消除了LWE问题的不完全加法同态属性对SPHF正确性的影响.尽所知,这是格上第一个直接基于IND-CCA2安全模型的非适应性SPHF,且该SPHF具有相对独立的研究价值,可应用于证据加密、零知识证明和不经意传输等领域.基于此,本文构建了一种格上可证明安全的高效PAKE协议.该协议可以抵御量子攻击;只需要一轮通信,因而具有最优的通信轮次;是基于标准模型,所以避免了使用随机预言机的潜在安全威胁,特别是使用随机预言机可能导致格上PAKE协议遭受离线口令猜测攻击和量子攻击;在实际应用时,该协议也不需要利用NIZK证明和签名/验签等技术来保证安全性,这有效提高了执行效率.本文还利用人人网474万口令数据验证了基于CDF-Zipf定律的PAKE协议安全模型可以更加准确地评估PAKE协议所提供的安全强度;最后基于该安全性模型,本文在标准模型下对所提出的PAKE协议进行了严格的安全性证明.实验结果表明,与其它相关协议相比,本文协议具有最优的整体执行效率和最低的通信开销.

关键词：抗量子非适应性平滑投影哈希函数高效加法同态口令认证密钥交换协议可证明安全

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对混合全同态算法的研究

现代电子技术 2022年第15期45卷 41-44页

作者：刘海峰武继鸿梁星亮陕西科技大学文理学院陕西西安710021

随着信息时代的发展,数据安全问题日益凸显。同态加密方案能够在不解密的情况下,对密文数据进行计算,这使得无需破坏敏感源数据,同时还可以对数据进行处理。基于此,针对数据安全问题,首先研究分析了公钥密码体制RSA加密算法和Paillier... 详细信息

随着信息时代的发展,数据安全问题日益凸显。同态加密方案能够在不解密的情况下,对密文数据进行计算,这使得无需破坏敏感源数据,同时还可以对数据进行处理。基于此,针对数据安全问题,首先研究分析了公钥密码体制RSA加密算法和Paillier加密算法;其次研究分析了RSA加密算法和Paillier加密算法的同态性;然后利用Paillier算法具有加法同态性,RSA算法具有乘法同态性,提出一种PRH混合全同态加密算法,将两种算法进行结合构造出基于乘法单同态的RSA算法和加法单同态的Paillier混合同态算法;最后通过实例计算验证了混合算法的可行性,为后续同态加密算法以及全同态加密算法的研究奠定了基础。

关键词：混合全同态算法 RSA算法 Paillier算法加法同态乘法同态同态性分析

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2×2矩阵空间上保幂等的线性算子

2×2矩阵空间上保幂等的线性算子

作者：李嘉哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近几十年,线性保持问题(LPP)是矩阵论研究中一个十分活跃的领域.这一方面是由于它的理论价值;另一方面,是由于它在微分方程、系统控制、数理统计等领域都有着广泛的应用. 幂等保持问题是线性保持问题最主要的研究方向之一.这是因为在线... 详细信息

近几十年,线性保持问题(LPP)是矩阵论研究中一个十分活跃的领域.这一方面是由于它的理论价值;另一方面,是由于它在微分方程、系统控制、数理统计等领域都有着广泛的应用. 幂等保持问题是线性保持问题最主要的研究方向之一.这是因为在线性保持问题中,许多问题例如保逆、保秩可加往往可以归结到保幂等的问题. 本文首先介绍了代数学中的基本定义及定理,在此基础上得到了以下结论: 1)刻画了域(非二元域)上2×2上三角矩阵空间上保幂等的一般线性算子的形式;2)刻画了二元域上2×2上三角矩阵空间上保幂等的加法同态的结构;3)刻画了二元域上2×2全矩阵空间上保幂等的加法同态的结构.

关键词：线性算子加法同态保幂等二元域

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无线传感器网络安全数据融合方案研究

无线传感器网络安全数据融合方案研究

作者：张乾南京邮电大学

学位级别：硕士

在无线传感器网络(WSNs)中,通过数据融合技术可以降低数据传输过程中的通信开销,对能量资源有限的传感器节点具有十分重要的意义。然而,传感器节点通常被部署在开放环境中,可能会遭受来自敌手实施的各种手段攻击。因此,数据融合为无线... 详细信息

在无线传感器网络(WSNs)中,通过数据融合技术可以降低数据传输过程中的通信开销,对能量资源有限的传感器节点具有十分重要的意义。然而,传感器节点通常被部署在开放环境中,可能会遭受来自敌手实施的各种手段攻击。因此,数据融合为无线传感器网络安全提出了新的挑战。为了防止隐私数据在传输过程中被恶意攻击者获取,基于隐私同态的数据机密性保护方法被提出。在该方法中,中间节点可以对密文进行数据融合运算,能够降低计算复杂度并可有效的实现数据端到端的封装。但是,基于此类方法的数据融合方案大都存在两个问题:第一,方案无法在在多应用场景下对多源异构数据进行有效的融合;第二,方案往往只支持单一的融合方式,无法兼容多个融合函数。针对多源异构数据融合问题,提出一种适用于多应用场景的安全数据融合方案SDAMA。该方案通过基于传感数据类型对节点感知数据进行编码,并结合加法同态加密实现了多源异构数据的融合;引入了同态消息认证标签,使基站能够验证融合数据的完整性;利用伪随机函数为每个融合周期动态更新密钥,保护了数据的新鲜性。针对已有方案不支持多种融合方式的问题,提出一种适用于多融合函数的安全数据融合方案SDAMF。该方案在Sum融合方式的基础上,引入保序等价数列,使得方案兼容了多种融合函数;在数据机密性保护方面,使用了与SDAMA相同的策略;同时,结合秘密共享的思路,实现了对数据的完整性保护。通过理论分析及仿真实验显示了方案的有效性,本文提出的两种方案SDAMA和SDAMF具有较低的通信和计算开销及较高的融合精度。

关键词：无线传感器网络(WSNs) 数据融合多应用场景多融合函数加法同态

基于高位嵌入与最值预测的加密域可逆信息隐藏

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基于高位嵌入与最值预测的加密域可逆信息隐藏

作者：肖文乾湖南大学

学位级别：硕士

随着云计算等应用的快速发展,越来越多的数据以加密的形式存储在云服务器。作为信息隐藏技术的一个重要分支,加密域可逆信息隐藏是一种能在加密后的多媒体数据中执行信息嵌入的技术,其兼具传统加密与可逆信息隐藏的优点。加密域图像可... 详细信息

随着云计算等应用的快速发展,越来越多的数据以加密的形式存储在云服务器。作为信息隐藏技术的一个重要分支,加密域可逆信息隐藏是一种能在加密后的多媒体数据中执行信息嵌入的技术,其兼具传统加密与可逆信息隐藏的优点。加密域图像可逆信息隐藏既可以保护用户的个人隐私,又可以达到对图像进行标记或者认证的目的。本文从提高嵌入容量的角度,研究密文域的图像可逆信息隐藏。论文的主要工作和创新点如下:(1)提出了一种基于加法同态加密与多个高位平面嵌入的图像可逆信息嵌入算法。首先,将原始图像进行无重叠分块,块内采用相同的密钥进行加法同态加密以保留块内像素的相关性。为提升安全性,加密后的图像再以像素块为单位进行Arnold变换。然后,通过分析块内像素与预测值之间的差值大小,判断该子块是否满足嵌入条件以及计算其可嵌入的实际容量大小。最后,在可嵌入的子块中,用少量的像素低位来保存预测差值以保证图像完全可逆,冗余的多高位以位替换的方式进行秘密信息嵌入。在解密阶段时,秘密信息能够无误地从块内像素的多高位进行提取,图像内容也能根据嵌入的多高位的数量、预测值以及预测差值实现无损恢复。该算法实现了在图像密文域的大容量可逆信息隐藏。从实验结果表明,该方法对BOWS-2数据库的平均嵌入率可达2.58 bpp,优于其他同类的算法。(2)设计了一个基于最值预测与块内无损压缩的高容量可逆信息隐藏算法。首先,内容拥有者将原始图像分成相同大小的无重叠子块,并将块中像素值最小值(Min)作为其他像素值的预测值;接着,将最大值与最小值之间的差值转换为二进制表示,并将该二进制表示的长度作为子块内其他像素与Min之间差值的编码长度。其次,将Min与差值进行重排拼接得到压缩的图像内容。当差值编码长度较小时,该方式能够腾出较大的嵌入空间。最后,将压缩后的图像内容用流加密方式进行加密。预留的空间位于压缩图像的尾部,因此,信息嵌入者可以将秘密信息便捷存入预留的空间中。当接收者收到嵌密图像时,可以根据不同密钥分别提取秘密信息和重构原始图像。通过实验证明,提出算法在嵌入容量性能上超越现有的很多算法。

关键词：密文域加法同态最值预测可逆信息隐藏高容量

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基于抗泄漏无证书的智能电网隐私保护协议

计算机技术与发展 2020年第6期30卷 87-93页

作者：朱聪聪乔治王志伟南京邮电大学计算机学院、软件学院、网络空间安全学院江苏南京210046

作为下一代电力系统,智能电网显著提高了电力服务的可靠性,效率,安全性和可持续性。智能电网技术的进步使得智能电网中的用户可以实时收集用电数据,有助于高效调控当地电力,但也易导致用户信息泄露。如何平衡用户实时电量数据与保护用... 详细信息

作为下一代电力系统,智能电网显著提高了电力服务的可靠性,效率,安全性和可持续性。智能电网技术的进步使得智能电网中的用户可以实时收集用电数据,有助于高效调控当地电力,但也易导致用户信息泄露。如何平衡用户实时电量数据与保护用户隐私是一个至关重要的问题,其中数据聚合和隐私保护是一个可行的解决方案。但是大多数现有的数据聚合方案都依赖于可信第三方,存在密钥托管的风险。文中设计了一个基于抗泄漏无证书同态加密的用户电力数据聚合和隐私保护协议,该协议主要将弹性泄露密码体制与无证书同态加密技术相结合,既可以避免密钥托管问题又可以实现密钥抗泄露。安全性分析证明了该协议在若干攻击模型下的有效性,可以满足若干安全要求,在一定程度上保护了电网的安全。

关键词：智能电网数据聚合隐私保护弹性泄露加法同态无证书加密