检索结果-南通市图书馆

BFV-MKFHE:基于BFV的多密钥全同态加密方案设计

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

密码学报 2023年第6期10卷 1151-1164页

作者：杨亚涛赵东仓李兆夫刘亚奇北京电子科技学院电子与通信工程系北京100070 西安电子科技大学通信工程学院西安710071

传统的全同态加密方案仅支持对单一密钥加密的数据计算,无法适应多用户场景下的应用需求,多密钥全同态加密可以对不同密钥(用户)下的密文进行运算,最终密文由所有相关用户联合解密.目前在多密钥全同态加密领域针对BFV加密系统的研究较少... 详细信息

传统的全同态加密方案仅支持对单一密钥加密的数据计算,无法适应多用户场景下的应用需求,多密钥全同态加密可以对不同密钥(用户)下的密文进行运算,最终密文由所有相关用户联合解密.目前在多密钥全同态加密领域针对BFV加密系统的研究较少,为了将BFV同态加密体制拓展到多密钥应用领域,本文设计了一种基于BFV的多密钥全同态加密方案BFV-MKFHE.本方案以CZW17中基于BGV的MKFHE方案为基础,首先将BGV加密系统的结构修改为BFV的结构,减去了每一层的模数转换环节,简化了算法运算过程;其次在重线性化过程中,构造用户私钥的组合密文来生成计算密钥,并利用模数提高技术来优化重线性化过程,降低了同态运算过程中产生的噪声,提高了计算密钥生成效率;最后通过修改加密过程的取整方式,减少了计算冗余.本方案中完成一次同态乘法解密时产生的噪声值减小为CDKS19方案的1/p,生成计算密钥的密文尺寸与CDKS19方案相同,较CZW17方案和LZY+19方案约减小1/4,且无需对用户私钥的密文进行扩展,运算效率更高.

关键词：全同态加密多密钥 BFV 密文扩展重线性化

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

基于格的多密钥全同态加密算法研究

基于格的多密钥全同态加密算法研究

作者：陈宇月广西大学

学位级别：硕士

近年来,云计算的不断发展使得人们愈发关注其中的数据隐私问题,全同态加密(Fully homomorphic encryption,FHE)可以在一定程度上解决这个技术难题。全同态加密允许对加密后的数据进行密文运算,并且运算结果可以被正确解密。这使得用户... 详细信息

近年来,云计算的不断发展使得人们愈发关注其中的数据隐私问题,全同态加密(Fully homomorphic encryption,FHE)可以在一定程度上解决这个技术难题。全同态加密允许对加密后的数据进行密文运算,并且运算结果可以被正确解密。这使得用户可以利用云服务器的计算资源对加密数据进行运算而不必担心数据泄露。基于格理论构造的新型密码体制可以抵抗量子攻击,并且格结构的优良性质,如加法和乘法的同态性等使其在全同态加密的设计中拥有先天的优势。全同态加密为云计算的发展提供了保障。然而,在云环境中,多用户密文数据联合计算问题显得更复杂。为了解决这一问题,多密钥全同态加密(Multi-key fully homomorphic encryption,MFHE)被提出。MFHE允许对不同用户(不同密钥)的密文进行任意的同态运算,并由所有参与计算的用户联合解密运算结果,能够有效地解决多用户密文联合计算的挑战。本文主要对基于格中困难问题构造的全同态加密以及多密钥全同态方案进行研究,分别从安全性和高效性两个角度展开以下几个方面研究工作:(1)针对全同态加密方案存在噪声增长较快,密文运算效率低下的问题,提出一种通用的密钥选取空间变换,使得私钥可以从小的可变噪声分布中选取。这使得私钥和通过对私钥某种形式的加密得到的评估密钥尺寸减小。针对全同态加密方案中依赖循环安全但还未给出循环安全证明的问题,提出一个无需循环安全的层次型全同态加密方案。该方案通过改进密钥交换技术,让每个层级使用不同的密钥从而避免对循环安全的依赖。此外,为了使同态加密效率更高,利用多项式的中国剩余定理,将多个明文槽映射到一个多项式中,实现对明文的打包,使得加密效率是原始方案的n倍。最后,结合上述改进获得一个基于RLWE(Ring Learning with Errors)的具有短密钥尺度不变的批处理全同态加密方案,该方案不再依赖循环安全假设,同时密钥尺寸更小。本文的方案被证明是IND-CPA(Chosen Plaintext Attack)安全的。(2)构造多密钥全同态加密方案主要技术挑战是实现一组理想的属性,例如1)并行性;2)无额外密钥;3)安全性。然而,之前的MFHE还不能高效的同时满足这些特性。针对这个问题,分别在含公共字符串(Common random string,CRS)模型和普通模型(无CRS)下提出了两个可以加密矩阵的多比特多密钥全同态加密(Multi-bit Multi-key FHE,MMFHE)方案。通过构造基于矩阵运算的密文打包技术和多比特的密文扩展方法来获得MMFHE方案。由于方案的密文是矩阵形式,经过同态乘法之后的密文维度基本不变,因此不需要额外的密钥。本文方案中的矩阵明文可以全部作为加密的有效位,而之前的方案只能加密矩阵对角线上的元素。因此,本文方案有更好的明密文比和加密效率。此外,提出了一个新的安全概念“多比特多密钥CPA安全”并证明了两个方案是多比特多密钥CPA安全的。

关键词：全同态加密 RLWE问题多密钥中国剩余定理循环安全

同方学位论文库评论

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

高效安全的多密钥k-NN查询方案研究

高效安全的多密钥k-NN查询方案研究

作者：张云桢西安电子科技大学

学位级别：硕士

作为机器学习中最基础的算法之一,k-NN查询在各个领域有着广泛的应用。近年来,随着云计算的快速发展,将k-NN查询服务外包给云服务器成为当下的发展趋势。由于云服务器是不完全可信的,因此,直接将敏感数据上传到云端进行k-NN查询将不可... 详细信息

作为机器学习中最基础的算法之一,k-NN查询在各个领域有着广泛的应用。近年来,随着云计算的快速发展,将k-NN查询服务外包给云服务器成为当下的发展趋势。由于云服务器是不完全可信的,因此,直接将敏感数据上传到云端进行k-NN查询将不可避免地带来安全问题。为了解决这个问题,现有的k-NN查询方案通常对数据加密后上传。然而,服务器在密文数据上进行查询将产生额外的计算开销,且方案中多个参与方共享密钥具有极大的安全隐患。本文针对k-NN查询中存在的数据安全、密钥共享以及查询效率等问题做出了以下的研究工作。1、提出了基于PaillierTD密码系统的在多密钥环境下可验证的k-NN隐私保护查询方案。首先,该方案将Paillier TD的私钥随机拆分为互不相关的多组,为每个询问用户分配唯一的部分私钥,并将与之对应的另一部分私钥保存在云服务器。每个询问用户的部分私钥只能解密自己的结果密文,而不能解密密文数据库、其他用户的询问密文和查询的结果密文,完成多密钥设置,实现密钥保密的功能。其次,该方案采用“K-D”树和“优先队列”相结合的方式优化k-NN查询的过程,提出了对密文数据创建和调整优先队列的算法,减少了密文状态下欧氏距离的计算和比较操作,有效提高了查询的效率。最后,考虑到服务器可能受到经济诱惑返回给询问用户伪造、篡改的数据或数据库中询问数据的非k近邻数据,该方案实现了结果验证的功能,允许询问用户验证结果的正确性和完备性。本方案的理论分析和实验测试表明,该方案是一个隐私保护、可验证且支持多密钥的k-NN查询方案。2、提出了基于随机映射森林的支持多密钥的高效安全k-NN查询方案。首先,该方案对数据库中的数据创建随机映射森林,利用其随机性和集成性提高k-NN查询的效率。然后,基于数据打包技术和DT-PKC密码系统,该方案提出安全的点乘计算协议。该协议可以计算询问数据在节点中的投影系数,进而选择询问数据在森林中每棵随机映射树所属的某个叶子节点。此外,该协议还可以帮助云服务器实现在随机映射森林中密文数据的插入、删除操作,使得云服务器按照数据拥有者的要求完成云端密文数据库的动态可更新。该方案提出的安全的最小k距离协议使得服务器能够在数据集中找到询问数据的k近邻数据却无法获得这k条数据的索引信息,有效保护访问模式隐私。最后,该方案对DT-PKC密码系统的主私钥进行拆分,同样完成了多密钥设置,实现密钥保密的功能。本方案的理论分析和实验测试表明,该方案是一个支持多密钥、安全高效且数据可更新的k-NN查询方案。

关键词： k-NN查询同态加密多密钥隐私保护

同方学位论文库评论

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于边缘计算的支持多密钥的加密图像检索

通信学报 2020年第4期41卷 14-26页

作者：李颖莹马建峰苗银宾西安电子科技大学网络与信息安全学院陕西西安710071 陕西省网络与系统安全重点实验室陕西西安710071

针对现有加密图像检索方案未考虑不同密钥加密图像集的情况,基于局部敏感哈希、安全近邻及代理重加密技术提出了基于边缘计算的支持多密钥的加密图像检索系统(包含基础方案和改进方案)。所提方案不但提高了图像查询效率、精度,而且降低... 详细信息

针对现有加密图像检索方案未考虑不同密钥加密图像集的情况,基于局部敏感哈希、安全近邻及代理重加密技术提出了基于边缘计算的支持多密钥的加密图像检索系统(包含基础方案和改进方案)。所提方案不但提高了图像查询效率、精度,而且降低了查询用户的额外计算开销。安全性分析表明,所提基础方案仅可抵抗已知密文攻击,而所提改进方案可抵抗已知背景攻击。基于实际数据集的实验性能测试表明,所提方案在实际应用场景中是可行的。

关键词：多密钥局部敏感哈希代理重加密已知密文攻击已知背景攻击

基于NTRU的多密钥同态代理重加密方案及其应用

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

通信学报 2021年第3期42卷 11-22页

作者：李瑞琪贾春福王雅飞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天津300350

为了提高同态加密算法在多用户云计算场景下的实用性,构造了一个基于NTRU的多密钥同态代理重加密方案。首先利用密文扩张思想提出了一种新的NTRU型多密钥同态密文形式,并基于此设计了相应的同态运算和重线性化过程,从而形成一个支持分... 详细信息

为了提高同态加密算法在多用户云计算场景下的实用性,构造了一个基于NTRU的多密钥同态代理重加密方案。首先利用密文扩张思想提出了一种新的NTRU型多密钥同态密文形式,并基于此设计了相应的同态运算和重线性化过程,从而形成一个支持分布式解密的NTRU型多密钥同态加密方案;然后借助于密钥交换思想设计了重加密密钥和重加密过程,将代理重加密功能集成到该NTRU型多密钥同态加密方案中。所提方案保留了多密钥同态加密和代理重加密的特性,而且在用户端的计算开销较低。将所提方案应用于联邦学习中的隐私保护问题并进行了实验,结果表明,所提方案基本不影响联邦训练的准确率,加解密、同态运算和重加密等过程的计算开销也可接受。

关键词：同态加密代理重加密多密钥云计算联邦学习

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

无散列函数的多密钥交换协议

计算机工程 2003年第7期29卷 108-109页

作者：范磊许崇祥李建华上海交通大学电子工程系上海200030

L. Harn 与H.-Y. Lin 提出了一种不使用散列函数的密钥交换协议，执行一遍该协议可以生成多于一个的共享密钥。该文证明了这个协议是不安全的，入侵者可以容易地冒充一个合法用户与其他用户建立共享密钥。最后给出了一个改进的协议可以... 详细信息

L. Harn 与H.-Y. Lin 提出了一种不使用散列函数的密钥交换协议，执行一遍该协议可以生成多于一个的共享密钥。该文证明了这个协议是不安全的，入侵者可以容易地冒充一个合法用户与其他用户建立共享密钥。最后给出了一个改进的协议可以有效地抵抗这种攻击。

关键词：密钥交换单向散列函数多密钥

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

一个基于NTRU的多密钥同态加密方案

密码学报 2020年第5期7卷 683-697页

作者：李瑞琪贾春福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天津300350

当前有关多密钥全同态加密的研究仍存在很多问题有待解决,如现有多密钥全同态加密方案的构造方法较为复杂;在云计算环境下,用户端的计算开销较大.针对上述问题,利用工具向量(gadget vector)和比特分解(bit decomposition)技术,提出了一... 详细信息

当前有关多密钥全同态加密的研究仍存在很多问题有待解决,如现有多密钥全同态加密方案的构造方法较为复杂;在云计算环境下,用户端的计算开销较大.针对上述问题,利用工具向量(gadget vector)和比特分解(bit decomposition)技术,提出了一个基于NTRU的层级多密钥全同态加密方案,并给出了噪声增长与安全性的分析.该方案可以将之前方案中在同态运算阶段应用的重线性化(relinearization)技术或密文扩张过程移除,进而在生成参数和密钥时无需生成运算密钥(evaluation key)或密文扩张所需的公共参数.同时,可以证明能够利用Gentry的bootstrapping定理将该方案转化为完全的多密钥全同态加密方案.此外,该方案允许加密一个环中元素而不仅是1比特,从而可以利用中国剩余定理将该方案转化为支持批处理的多密钥同态加密方案.该方案与现有多密钥同态加密方案对比结果显示,该方案更加简洁,用户端的计算开销相对较低.

关键词：全同态加密多密钥 NTRU 比特分解批处理

基于素数幂次阶分圆多项式环的多密钥全同态方案

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

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

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

支持多密钥的联邦学习算法研究与实现

支持多密钥的联邦学习算法研究与实现

作者：郭辉哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着大数据技术的不断发展,由此带来的“数据安全隐私”以及“数据孤岛”这两大问题成为制约人工智能继续发展的主要瓶颈。联邦学习技术保证了数据不从本地暴露,而后可以通过联邦安全多方计算下的模型聚合方法共建模型,从而解决这两大... 详细信息

随着大数据技术的不断发展,由此带来的“数据安全隐私”以及“数据孤岛”这两大问题成为制约人工智能继续发展的主要瓶颈。联邦学习技术保证了数据不从本地暴露,而后可以通过联邦安全多方计算下的模型聚合方法共建模型,从而解决这两大难题。然而目前联邦学习框架中在安全性上还存在以下问题:1.直接对模型聚合的方法,中心节点可以直接看到模型参数,从而逆向推导出参与方的数据,进而泄漏了隐私;2.基于单密钥同态加密的聚合方法中,每个参与方持有的密钥相同,单个用户密钥的泄漏意味着整个系统密钥的泄漏。由此随着参与方的增加,整个联邦学习系统中密钥泄漏的概率也在增加,另外若参与方中存在恶意节点,则可利用其持有的密钥窃取其他参与方的模型参数。本文首先针对传统机器学习流程中的数据生命周期进行阐述,并且详细分析了数据流动各个阶段中的隐私需求以及联邦学习在其中发挥的隐私保护的作用,同时针对现有联邦学习框架中的模型聚合方法以及隐私保护手段所存在的安全性问题提出了一种攻击方法。该攻击方法在限定其能力以及所具有知识的情况下,可以定向更改聚合后的模型,将聚合模型更改为恶意模型。为了避免上述攻击,同时为了解决现有联邦学习框架在安全性上存在的问题,本文提出了一种支持多密钥下模型聚合的联邦学习方案。多密钥即各个参与方持有的密钥不同,即使单个参与方的密钥泄漏,也不会影响到整个系统的安全性。此外即使参与方中存在恶意节点,也无法利用其持有的密钥解密得到其他参与方的模型参数。该方案依托现有的客户端-服务器的联邦学习框架以及双陷门同态加密算法,每个参与方对本地数据求解机器学习模型,之后采用双陷门同态加密算法,对本地模型用其对应的公钥进行加密并上传至云端。在双云辅助下,对不同公钥加密的模型密文进行聚合,保证云端无法得到明文下的聚合结果,并将密文下的聚合结果返回给参与方解密。本方法相比现有的联邦学习方案,能够有效防止某一参与方因密钥泄漏或参与方中存在恶意节点所导致的数据隐私泄露问题,该方法既保证了参与方的数据和模型的隐私,也因为最终模型集成了多个参与方的数据而具有更强的泛化能力。

关键词：联邦学习同态加密隐私保护多密钥