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基于相干态光场的连续变量测量设备无关Cluster态量子通信

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电子与信息学报 2020年第2期42卷 307-314页

作者：王宇苏琦密码科学技术国家重点实验室

由于量子通信协议理论上可以发现任何窃听者的攻击行为,因此其天然具有抗量子计算机攻击的能力。高斯相干态光场相较于纠缠态光场更容易制备和实现,利用其实现量子通信网络更具经济价值和实用价值。该文提出一种利用连续变量(CV)相干态... 详细信息

由于量子通信协议理论上可以发现任何窃听者的攻击行为,因此其天然具有抗量子计算机攻击的能力。高斯相干态光场相较于纠缠态光场更容易制备和实现,利用其实现量子通信网络更具经济价值和实用价值。该文提出一种利用连续变量(CV)相干态光场就可以实现的测量设备无关(MDI)Cluster态量子通信网络协议。在此网络上可以方便地执行量子秘密共享(QSS)协议和量子会议(QC)协议。该文提出了线型Cluster态实现任意部分用户间QSS协议、星型Cluster态四用户QSS协议和QC协议,并利用纠缠模型分析了选用对称和非对称网络结构时,每种协议密钥率和传输距离之间的变化关系。结论为在量子网络中利用相干态实现QSS和QC协议提供了理论依据。

关键词：量子通信相干态连续变量测量设备无关 Cluster态

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关于非对称含错学习问题的困难性研究

电子与信息学报 2020年第2期42卷 327-332页

作者：张江范淑琴密码科学技术国家重点实验室

由于基于最坏情况困难假设等优点,基于格的密码被认为是最具前景的抗量子密码研究方向。作为格密码的常用的两个主要困难问题之一,含错学习(LWE)问题被广泛用于密码算法的设计。为了提高格密码算法的性能,Zhang等人(2019)提出了非对称... 详细信息

由于基于最坏情况困难假设等优点,基于格的密码被认为是最具前景的抗量子密码研究方向。作为格密码的常用的两个主要困难问题之一,含错学习(LWE)问题被广泛用于密码算法的设计。为了提高格密码算法的性能,Zhang等人(2019)提出了非对称含错学习问题,该文将从理论上详细研究非对称含错学习问题和标准含错学习问题关系,并证明在特定错误分布下非对称含错学习问题和含错学习问题是多项式时间等价的,从而为基于非对称含错学习问题设计安全的格密码算法奠定了理论基础。

关键词：抗量子密码格密码含错学习问题

基于单密钥函数加密的具体高效可否认加密方案

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密码学报 2022年第2期9卷 353-378页

作者：杨糠张江密码科学技术国家重点实验室北京100878

Canetti等人(CRYPTO1997)提出了可否认加密的概念,使得即使发送者/接收者在加密通信以后,仍然能产生“否认”的随机数(与真实的随机数不可区分),打开密文为另一个不同的明文.目前而言,设计双方案可否认加密方案(包括可否认编辑方案和预... 详细信息

Canetti等人(CRYPTO1997)提出了可否认加密的概念,使得即使发送者/接收者在加密通信以后,仍然能产生“否认”的随机数(与真实的随机数不可区分),打开密文为另一个不同的明文.目前而言,设计双方案可否认加密方案(包括可否认编辑方案和预先计划可否认加密方案两种)似乎是达到高效率的唯一途径.然而,经过二十多年的发展,即使考虑私钥场景(发送者与接收者共享相同的密钥),存在可否认加密方案的具体效率仍然较低.本文集中于设计在私钥场景下具体高效的双方案可否认加密方案.具体而言,本文设计了新的私钥接收者可否认编辑方案,其密文长度比Goldwasser等人(TCC 2017)的方案减少了超过2|CEdit|k+3ℓk比特,其中jCEditj是关于编辑函数的布尔电路表示中AND门数量、ℓ表示编辑描述长度和是安全参数.而且,提出的方案将否认密钥长度从2(ℓ+k)k比特降低到仅比特.该方案的效率主要来源于新设计的单密钥私钥函数加密方案,其中敌手能做至多一个私钥询问以及特殊的加解密性质需要被满足以设计可否认编辑方案.与Goldwasser等人的单密钥私钥函数加密方案比较,本文提出的方法不仅减少了一半以上的密文长度,而且简化了特殊解密算法的构造.基于提出的私钥可否认编辑方案和混合加密技术,本文也设计了预先计划的私钥接收者可否认加密方案,支持预先计划t个否认明文.该方案适合于加密较长的明文,当t=O(1)时能够达到O(1)的密文率,获得比提出的可否认编辑方案显著更短的密文.

关键词：可否认加密可否认编辑函数加密私钥集合

Android应用敏感行为与隐私政策一致性分析

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计算机应用 2023年

作者：杨保山杨智陈性元韩冰杜学绘信息工程大学密码科学技术国家重点实验室(国家密码管理局)

隐私政策文档声明了应用程序需要获取的隐私信息，但不能保证清晰且完全披露了应用获取的隐私信息类型，目前对应用实际敏感行为与隐私政策一致性分析的研究仍存在不足。针对上述问题，提出一种Android应用敏感行为与隐私政策一致性分... 详细信息

隐私政策文档声明了应用程序需要获取的隐私信息，但不能保证清晰且完全披露了应用获取的隐私信息类型，目前对应用实际敏感行为与隐私政策一致性分析的研究仍存在不足。针对上述问题，提出一种Android应用敏感行为与隐私政策一致性分析方法。在隐私政策分析阶段，基于Bi-GRU-CRF(Bi-directional Gated Recurrent Unit Conditional Random Field)神经网络，通过添加自定义标注库对模型进行增量训练，实现对隐私政策声明中的关键信息的提取；在敏感行为分析阶段，通过对敏感应用程序接口（ApplicationProgrammingInterface,API）调用进行分类、对输入敏感源列表中已分析过的敏感API调用进行删除，以及对已提取过的敏感路径进行标记的方法来优化IFDS(Interprocedural, Finite, Distributive, Subset)算法，使敏感行为分析结果与隐私政策描述的语言粒度相匹配，并且降低分析结果的冗余，提高了分析效率；在一致性分析阶段，将本体之间的语义关系分为等价关系、从属关系和近似关系，并据此定义了敏感行为与隐私政策一致性形式化模型，将敏感行为与隐私政策一致的情况分为清晰的表述和模糊的表述，将不一致的情况分为省略的表述、不正确的表述和有歧义的表述，最后根据提出的基于语义相似度的一致性分析算法对敏感行为与隐私政策进行一致性分析。实验结果表明，对928个应用程序进行分析，在隐私政策分析正确率为97.34%的情况下，51.4%的Android应用程序存在应用实际敏感行为与隐私政策声明不一致的情况。

关键词： Android IFDS 敏感行为隐私政策自然语言处理

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NTRU格上高效紧凑密钥封装方案

计算机研究与发展 2024年第4期61卷 1049-1069页

作者：梁志闯郑婕妤赵运磊复旦大学计算机科学技术学院上海200433 密码科学技术国家重点实验室北京100036

基于NTRU格设计后量子密钥封装方案是格密码领域主流方向之一.为降低密文尺寸,现有方案会引入额外的困难性假设和使用纠错码来辅助压缩密文,但这会导致方案的假设过强和实现更复杂.为克服这些障碍,提出了一个仅基于NTRU单向困难性假设... 详细信息

基于NTRU格设计后量子密钥封装方案是格密码领域主流方向之一.为降低密文尺寸,现有方案会引入额外的困难性假设和使用纠错码来辅助压缩密文,但这会导致方案的假设过强和实现更复杂.为克服这些障碍,提出了一个仅基于NTRU单向困难性假设、不使用纠错码也能压缩密文的高效紧凑的密钥封装方案LTRU.给出一套性能均衡的LTRU参数集:具有128 b量子安全强度、与之匹配且可忽略的错误率、较小的公钥尺寸和密文尺寸.LTRU基于NTT友好环构造,给出一种高效的混合基数论变换算法来计算该环上多项式运算还给出了LTRU的C实现和AVX2实现.与NIST第3轮决赛方案NTRU-HRSS相比,LTRU的经典安全强度和量子安全强度分别增强6 b和5 b,LTRU的公钥尺寸降低14.6%,密文尺寸降低26.0%,总带宽降低20.3%;在AVX2实现的密钥生成和解封装算法上分别快了10.9倍和1.7倍.

关键词：后量子密码 NTRU 密钥封装方案密文压缩数论变换 AVX2实现

格基密钥封装算法OSKR/OKAI硬件高效实现

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计算机学报 2023年第6期46卷 1156-1171页

作者：胡跃赵旭阳刘裕雄赵运磊复旦大学计算机科学技术学院上海200433 密码科学技术国家重点实验室北京100878

量子计算技术的快速发展为现有公钥密码体系(RSA、椭圆曲线密码等)带来了巨大的挑战,为了抵御量子计算的攻击,后量子密码技术受到了学术界和工业界的广泛研究.其中,格基密码方案具有良好的安全性与实现效率,成为后量子密码领域的主要研... 详细信息

量子计算技术的快速发展为现有公钥密码体系(RSA、椭圆曲线密码等)带来了巨大的挑战,为了抵御量子计算的攻击,后量子密码技术受到了学术界和工业界的广泛研究.其中,格基密码方案具有良好的安全性与实现效率,成为后量子密码领域的主要研究方向之一.最近,美国标准与技术研究院公布了基于模格MLWE困难问题的Kyber算法作为密钥封装方案的标准,2019年我国举行的后量子密码算法竞赛的一等奖获奖算法Aigis也是基于同类困难问题.基于非对称密钥共识机制、混合数论变换、封装512比特密钥长度等技术,我国学者进一步提出了Kyber和Aigis的优化算法:OSKR和OKAI.针对算法设计高效、统一的硬件架构对我国推进后量子密码的标准化进程具有重要的借鉴意义.本文基于FPGA平台设计实现OSKR和OKAI两种算法的专用电路结构,主要工作如下:设计了一种四并行的多项式运算模块,可实现多种模值参数(3329和7681)下的数论变换、多项式乘法、多项式压缩等运算过程,从而提升了算法的整体运行效率;在此基础上设计了多功能采样模块、编解码模块和存储模块等,充分利用FPGA平台并行性的特点研究核心运算模块的优化设计.考虑到在密码实际应用中,往往需要在一个硬件平台上同时实现国际标准和国家标准两套算法,本文的设计可同时满足两套算法共六组参数的运算需求.本文的设计方案在Xilinx Artix-7开发板上进行了实际的部署和运行,并且和已有的同类型工作进行了对比,包括纯硬件设计、软硬协同设计和纯软件优化三种类型.结果表明,与最新的工作相比,本文的设计使得解封装的效率提升了30%左右;同时硬件资源消耗最高为12765个LUT、11434个FF、4个DSP和12.5个BRAM,略多于最新的工作,但本文的硬件设计可实现更多的算法和参数,有效提升了硬件资源的复用率.

关键词：后量子密码格基密码密钥封装 FPGA硬件实现

Android应用敏感行为与隐私政策一致性分析

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计算机应用 2024年第3期44卷 788-796页

作者：杨保山杨智陈性元韩冰杜学绘信息工程大学郑州450001 密码科学技术国家重点实验室(国家密码管理局) 北京100094

隐私政策文档声明了应用程序需要获取的隐私信息,但不能保证清晰且完全披露应用获取的隐私信息类型,目前对应用实际敏感行为与隐私政策一致性分析的研究仍存在不足。针对上述问题,提出一种Android应用敏感行为与隐私政策一致性分析方法... 详细信息

隐私政策文档声明了应用程序需要获取的隐私信息,但不能保证清晰且完全披露应用获取的隐私信息类型,目前对应用实际敏感行为与隐私政策一致性分析的研究仍存在不足。针对上述问题,提出一种Android应用敏感行为与隐私政策一致性分析方法。在隐私政策分析阶段,基于Bi-GRU-CRF(Bi-directional Gated Recurrent Unit Conditional Random Field)神经网络,通过添加自定义标注库对模型进行增量训练,实现对隐私政策声明中的关键信息的提取;在敏感行为分析阶段,通过对敏感应用程序接口(API)调用进行分类、对输入敏感源列表中已分析过的敏感API调用进行删除,以及对已提取过的敏感路径进行标记的方法来优化IFDS(Interprocedural,Finite,Distributive,Subset)算法,使敏感行为分析结果与隐私政策描述的语言粒度相匹配,并且降低分析结果的冗余,提高分析效率;在一致性分析阶段,将本体之间的语义关系分为等价关系、从属关系和近似关系,并据此定义敏感行为与隐私政策一致性形式化模型,将敏感行为与隐私政策一致的情况分为清晰的表述和模糊的表述,将不一致的情况分为省略的表述、不正确的表述和有歧义的表述,最后根据所提基于语义相似度的一致性分析算法对敏感行为与隐私政策进行一致性分析。实验结果表明,对928个应用程序进行分析,在隐私政策分析正确率为97.34%的情况下,51.4%的Android应用程序存在应用实际敏感行为与隐私政策声明不一致的情况。

关键词： Android IFDS 敏感行为隐私政策自然语言处理

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NTRU格上高效紧凑密钥封装方案

计算机研究与发展 2023年

作者：梁志闯郑婕妤赵运磊密码科学技术国家重点实验室复旦大学计算机科学技术学院

基于NTRU格设计后量子密钥封装方案是格密码领域主流方向之一.为降低密文尺寸，现有方案会引入额外的困难性假设和使用纠错码来辅助压缩密文，但这会导致方案的假设过强和实现更复杂.为克服这些障碍，提出了一个仅基于NTRU单向困难性假... 详细信息

基于NTRU格设计后量子密钥封装方案是格密码领域主流方向之一.为降低密文尺寸，现有方案会引入额外的困难性假设和使用纠错码来辅助压缩密文，但这会导致方案的假设过强和实现更复杂.为克服这些障碍，提出了一个仅基于NTRU单向困难性假设、不使用纠错码也能压缩密文的高效紧凑的密钥封装方案LTRU.给出一套性能均衡的LTRU参数集：它具有128 b量子安全强度、与之匹配且可忽略的错误率、较小的公钥尺寸和密文尺寸.LTRU基于NTT友好环构造.还给出一种高效的混合基数论变换算法来计算该环上多项式运算.最后，给出了LTRU的C实现和AVX2实现.与NIST第3轮决赛方案NTRU-HRSS相比，在LTRU的经典安全强度和量子安全强度分别增强6 b和5 b的基础上，LTRU的公钥尺寸降低14.6%，密文尺寸降低26.0%，总带宽降低20.3%；在AVX2实现的密钥生成和解封装算法上分别快了10.9倍和1.7倍.

关键词：后量子密码 NTRU 密钥封装方案密文压缩数论变换 AVX2实现

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量子谱回归算法

计算机研究与发展 2021年第9期58卷 1835-1842页

作者：潘世杰高飞万林春秦素娟温巧燕网络与交换技术国家重点实验室(北京邮电大学) 北京100876 密码科学技术国家重点实验室北京100878

子空间学习是机器学习领域的重要研究方向.为了降低子空间学习的复杂度,Cai等人提出了谱回归降维框架,并针对结合标签构造对应图的子空间学习提出了高效谱回归.近年来,量子计算的发展使进一步降低子空间学习算法的复杂度成为了可能.Men... 详细信息

子空间学习是机器学习领域的重要研究方向.为了降低子空间学习的复杂度,Cai等人提出了谱回归降维框架,并针对结合标签构造对应图的子空间学习提出了高效谱回归.近年来,量子计算的发展使进一步降低子空间学习算法的复杂度成为了可能.Meng等人率先提出了量子谱回归算法(MYXZ算法).MYXZ算法用了稀疏哈密顿量模拟技术来处理由权重矩阵生成的矩阵,但这个矩阵在较多的情况下是稠密矩阵.针对这种情况,指出了MYXZ算法的局限性,提出了一个改进的量子谱回归算法.改进算法采用了量子奇异值估计技术,在处理稠密矩阵时相对MYXZ算法有多项式加速.另外,提出了一个新的量子算法,对经典的高效谱回归进行加速.新算法能处理的这类问题是MYXZ算法无法处理的.新算法利用了量子岭回归和量子矩阵向量乘技术,在相同的参数条件下相对经典算法具有多项式加速效果.

关键词：量子算法量子机器学习谱回归子空间学习稠密矩阵