具有短密文的多身份全同态加密构造框架

类似于多密钥全同态加密（Multi-key Fully Homomorphic Encryption,MFHE）,多身份全同态加密（Multi-id Identity-basedFully Homomorphic Encryption,MIBFHE）允许对不同用户的密文进行关于任意函数的同态计算,且后者因具有加密密钥易获取、密钥托管和密钥撤销易实现等特点,具有更深远的应用前景。
Canetti等人在PKC 2017上给出了一个框架,可将身份加密方案（Identity-based Encryption,IBE）和MFHE方案转换成MIBFHE方案。若用基于DLWE假设的IBE方案和Brakerski与Perlman的全动态^①MFHE方案（以下简称BP方案）,可得到全动态的MIBFHE方案,但密文规模较大,为O（n⁵log⁵q）,这里n,q是DLWE假设的参数,且紧致性相比于MFHE方案变弱。因密文规模是影响通信效率的主要因素,本文构造了一个密文规模较小和紧致性较强的MIBFHE方案框架,且仅用了MFHE这一个构件,然后用BP方案去实例化,得到了全动态的、选择性安全的MIBFHE方案,其密文规模为O（nlogq）.     

支持隐私保护的k近邻分类器

k近邻（k-nearest neighbor,简称kNN）分类器在生物信息学、股票预测、网页分类以及鸢尾花分类预测等方面都有着广泛的应用.随着用户隐私保护意识的日益提高,kNN分类器也需要对密文数据提供分类支持,进而保证用户数据的隐私性,即设计一种支持隐私保护的k近邻分类器（privacy-preserving k-nearest neighbor classifier,简称PP-kNN）.首先,对kNN分类器的操作进行分析,从中提取出一些基本操作,包括加法、乘法、比较、内积等.然后,选择两种同态加密方案和一种全同态加密方案对数据进行加密.在此基础上设计了针对基本操作的安全协议,其输出结果与在明文数据上执行同一方法的输出结果一致,且证明该协议在半诚实模型下是安全的.最后,通过将基本操作的安全协议进行模块化顺序组合的方式实现kNN分类器对密文数据处理的支持.通过实验,对所设计的PP-kNN分类器进行测试.结果表明,该分类器能够以较高效率实现对密文数据的分类,同时为用户数据提供隐私性保护.     

基于SM9的匿名广播加密方案

广播加密允许数据拥有者通过不安全的公开信道将数据安全地发送给一组指定的用户, 只有组内用户（授权用户）利用自身私钥才能正确解密密文, 恢复出明文数据, 不在组内的用户（非授权用户）即使合谋也无法获取数据内容。标识加密是一种非对称加密体制, 可利用能够唯一标识用户身份的任意字符串作为用户的公钥, 消除了传统公钥体制中用于绑定用户公钥的证书。匿名标识广播加密不仅能充分继承标识加密的优点实现多用户数据的安全共享, 而且能有效保护接收者的身份信息。本文以国产商用标识密码算法SM9为基础, 采用多项式技术构造了首个基于SM9的匿名广播加密方案。方案具有与SM9加密算法相同的私钥生成算法, 用户私钥由一个群元素组成。方案的密文由(n+3)个元素组成, 与接收者数量(n)线性相关, 解密仅包含一次双线性对计算。基于q类型的GDDHE困难假设, 在随机谕言器模型中证明方案在静态选择明文攻击下具有不可区分的安全性且满足接收者匿名性。比较分析表明本文方案的计算开销和通信代价与现有高效匿名标识广播加密方案是可比的。最后, 对方案进行编程实验, 在相同安全级别下, 本文方案对比其他方案具有较优的密文长度, 实验结果表明本文方案是可行的。     

具有较短公钥的批处理整数上的全同态加密

Coron等人将批处理技术应用在整数上的全同态加密方案,可以在一个密文中同态地处理和加密一个明文向量,提高了原方案的效率,但它的公钥尺寸为O~（λ⁸）。为了减小该方案的公钥尺寸,结合公钥元素的二次形式与密文压缩技术,提出一种批处理整数上全同态加密算法的改进方案,改进后方案的公钥尺寸为O~（λ^5.5）,具有较小的公钥尺寸,并证明了该方案语义安全。     

基于区块链的动态可验证对称可搜索加密方案

对称可搜索加密(symmetric searchable encryption, SSE)能实现密文数据的检索而不泄露用户隐私, 在云存储领域得到了广泛的研究与应用. 然而, 在SSE方案中, 半诚实或者不诚实的服务器可能篡改文件中的数据, 返回给用户不可信的文件, 因此对这些文件进行验证是十分必要的. 现有的可验证SSE方案大多是用户本地进行验证, 恶意用户可能会伪造验证结果, 无法保证验证的公平性. 基于以上考虑, 提出一种基于区块链的动态可验证对称可搜索加密方案(verifiable dynamic symmetric searchable encryption, VDSSE); VDSSE采用对称加密实现动态更新过程中的前向安全; 在此基础上, 利用区块链实现搜索结果的验证, 验证过程中, 提出一种新的验证标签——Vtag, 利用Vtag的累积性实现验证信息的压缩存储, 降低验证信息在区块链上的存储开销, 并能够有效支持SSE方案的动态验证. 由于区块链具有不可篡改的性质, 验证的公平性得以保证. 最后, 对VDSSE进行实验评估和安全性分析, 验证方案的可行性和安全性.     

可公开定责的密文策略属性基加密方案

属性基加密利用属性集和访问结构之间的匹配关系实现用户解密权限的控制,从功能上高效灵活地解决了“一对多”的密数据共享问题,在云计算、物联网、大数据等细粒度访问控制和隐私保护领域有光明的应用前景。然而,在属性基加密系统中(以密文策略属性基加密为例),一个属性集合会同时被多个用户拥有,即一个解密私钥会对应多个用户,因此用户敢于共享其解密私钥以非法获利。此外,半可信的中心存在为未授权用户非法颁发私钥的可能。针对属性基加密系统中存在的两类私钥滥用问题,通过用户和中心分别对私钥进行签名的方式,提出一个密文策略属性基加密方案。该方案支持追踪性和公开定责性,任何第三方可以对泄露私钥的原始持有者的身份进行追踪,审计中心可以利用公开参数验证私钥是用户泄露的还是半可信中心非法颁发的。最后,可以证明方案的安全性基于其依赖的加密方案、签名方案。     

基于区块链可撤销属性的去中心化属性基加密方案

针对现有属性基加密（ABE）方案存在的属性撤销效率低以及用户属性密钥的分发和撤销难以协调等问题，提出一种基于区块链可撤销属性的去中心化属性基加密（BRDABE）方案。首先，利用共识驱动的区块链构架将密钥分发的信任问题从属性权威映射到分布式账本上，并利用智能合约记录用户属性和数据共享的状态以及协助属性权威实现用户属性的撤销。当撤销用户的属性时，属性权威利用智能合约自动筛选出所涉及的数据所有者和未撤销授权的用户，并生成与撤销属性相关的密文更新钥和密钥更新钥，链下进行密文和密钥更新。其次，将版本钥和用户全局身份嵌入属性私钥，在用户解密时，使会话密钥密文和用户属性私钥中的身份能够相互抵消。基于合理假设，证明BRDABE方案能抵抗用户的合谋攻击，且满足用户属性撤销的前向和后向安全性。实验结果表明，随着用户属性个数的增加，用户密钥生成、加密解密和属性撤销的时间呈线性增长。当属性个数相同时，与DABE(Decentralizing Attribute-Based Encryption)相比，BRDABE的解密时间缩短了94.06%～94.75%；与EDAC-MCSS(Effective Data A...     

基于同态加密和区块链技术的车联网隐私保护方案

为了解决传统车联网设备安全性相对较低可能威胁到用户隐私的问题,提出了一种基于同态加密和区块链技术的车联网隐私保护方案。此方案将由二级节点组成的验证服务添加到所提模型中,以实现模型中角色的权限控制。为了记录车联网设备信息,设计基于同态加密（HEBDS）新的块数据结构,使隐私数据可以经过 Paillier 加密算法处理后再写入区块,并由获得记账权的网关节点写入区块链网络。该方案实现了数据在密文状态下的处理,弥补了区块链网络中全部数据公开的不足。通过对该方案的安全性分析,证明此方案具有不可伪造、隐私数据安全等特性。该方案通过对隐私数据的同态加密处理再上传区块链网络,实现隐私数据以密文状态分发、共享和计算,比传统车联网模型更能有效保护用户隐私。     

区块链上基于云辅助的属性基可搜索加密方案

可搜索加密技术在不解密的情况下搜索加密数据.针对现有的可搜索加密技术没有考虑数据用户细粒度搜索权限的问题,以及现有的可搜索加密方案中因云存储的集中化对数据安全和隐私保护带来的问题,提出了区块链上基于云辅助的属性基可搜索加密方案.该方案利用可搜索加密技术实现加密数据在区块链上的安全搜索,利用基于属性的加密技术实现数据的细粒度访问控制,利用区块链不可篡改的特性确保关键字密文的安全.在该方案中属性基加密技术用来加密关键字,区块链上存储关键字密文,云服务器上存储关键字密文和数据密文.基于困难问题假设,证明该方案能够保证关键字密文和陷门的安全性.数值实验结果表明:该方案在密钥生成阶段、陷门生成阶段、关键字搜索阶段具有较高的效率.     

一种无可信第三方的密文策略属性加密方案

针对现有云环境中密文策略属性加密都依赖于一个可信密钥生成机构的问题, 提出一种无可信第三方的密文策略属性加密方案. 该方案使密钥生成机构在负责用户认证和属性管理时, 必须与另一方(如云服务提供商) 通过安全双方计算协议来生成密钥, 而它们中的任何一方都没有能力单独解密密文. 安全性分析表明, 所提出的方案能够解决单独密钥生成机构所带来的安全性问题, 而且用户端仅需一次加法运算, 提高了计算效率.

     

支持撤销的外包加解密CP-ABE方案

属性基加密（attribute-based encryption,ABE）方案在云存储中得到了越来越广泛的应用,它能够实现细粒度的访问控制,但是现有的大多数ABE方案存在撤销方案效率低、开销大的问题。为了解决这一问题,提出一种更高效、细粒度的支持属性撤销的属性基加密方案。该方案将部分加解密运算外包给代理服务器,从而降低用户的加解密计算量。同时还提出了一种有效的属性撤销方法,该方法只需更新与撤销属性相关联的密文和用户密钥,所以属性撤销的代价很小。并结合了双因子身份认证机制,提高算法的安全性。该方案基于DBDH假设,在标准模型下被证明是安全的。     

基于素数幂次阶分圆多项式环的多密钥全同态方案

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。     

基于属性的BGN型密文解密外包方案

云计算的安全问题是制约其发展的关键瓶颈,其中对云计算结果的访问控制是当前研究的一个热点。在经典的类同态BGN方案基础上,结合CP-ABE（Ciphertext-Policy Attribute-Based Encryption）型密文解密外包设计,构造了基于属性的BGN型密文解密外包方案,部分密文的解密被外包到云上进行,减小了用户的存储开销与计算开销,并且只有用户属性满足访问策略时,才会得到正确的解密结果。与现有的基于属性的外包方案相比,新方案能对密文进行任意次加法同态和一次乘法同态操作。最后,分析了方案的安全性。所提方案在子群判定问题假设下达到语义安全,在随机预言机模型下满足属性安全。     

一种改进的R-LWE同态掩码方案

针对格上加密方案的差分能量攻击,Reparaz等人在PQC 2016上提出一种具有加法同态的R-LWE掩码方案。该方案能够有效的抵抗差分能量攻击,但由于密文的同态加法造成密文中噪声尺寸增大,降低解密正确率。针对这一问题,提出一个改进的R-LWE同态掩码方案。引入模转换技术,对同态加密之后的密文进行模规约,在保证明密文对应的前提下,降低密文中的噪声尺寸,提高方案的解密正确率。为了保护子密钥,引入随机矩阵对子密钥进行掩码保护,并给出正确性分析及安全性证明。分析表明,相对于原方案,新方案从安全性和效率上都有较大的提升。     

支持安全多方同态乘积计算的谓词加密方案

针对传统安全多方计算（SMC）加密方案中,每一位参与者都能获知最终结果,这种粗粒度的访问控制不适用于要求特定用户对密文进行解密的问题,提出了对计算结果解密权限控制更精确的加密方案。通过与谓词加密相结合,构造了一种支持安全多方同态乘积计算的谓词加密方案,具有乘法同态性。与现有的谓词加密方案相比,该方案不仅支持同态操作,并且在对最终计算结果的解密权限上,该方案的控制更加精确。在当前云环境背景下,实现了对计算结果访问控制细粒度更高的安全多方计算,并且验证方案达到不可区分的属性隐藏抵抗选择明文攻击（IND-AH-CPA）安全。     

群组内基于区块链的匿名可搜索加密方案

公钥可搜索加密技术不仅可以保护云存储中用户的数据隐私,还可以提供数据在不解密的条件下进行密态数据搜索的功能。针对群组内用户进行密文安全搜索的需求,本文以群组为单位使用基于身份的广播加密进行数据的加密与密钥封装,以基于身份的可搜索加密构造关键词密文及关键词陷门,提出了一种群组内的公钥可搜索加密方案,保证了只有群组内的授权用户才可以进行安全搜索并解密数据。此外,为保护用户的身份隐私,通过构造匿名身份,避免了因云服务器好奇行为而造成的用户身份泄露问题。同时,在按需付费的云环境中,为了防止云服务器向用户返回部分或不正确的搜索结果,文章结合区块链技术,使用区块链作为可信第三方,利用智能合约的可信性,在用户验证搜索结果正确后向云服务器支付搜索费用,解决了用户与云服务器之间的公平支付问题。并加入了违规名单机制,防止恶意用户对系统可用性造成影响。在安全性方面,通过基于判定性双线性Diffie-Hellman问题与判定性Diffie-Hellman问题进行安全性分析,证明了在随机谕言机模型与标准模型下方案满足关键词密文与关键词陷门的不可区分性。最后,通过功能对比表明本方案有较强的实用性,利用Charm-crypto密码库对方案进行效率对比,其结果表明本方案与其他相关方案相比具有较低的计算以及通信开销。     

标准模型下可证安全的无证书全同态加密体制

针对现有全同态加密体制普遍存在的公钥尺寸大的缺陷,结合无证书公钥加密的思想,提出一种无证书全同态加密体制设计方案,无需对公钥进行身份认证,因而有效提高密码系统的整体应用效率。体制利用满秩差分矩阵实现身份信息的嵌入,摆脱了对于哈希函数的依赖,因而在安全性证明中无需引入随机谕示假设;借助一对彼此对偶的正态分布采样函数实现部分私钥的提取,进而结合容错学习问题实例生成体制私钥;通过双重加密使服务器失去对用户密文进行解密的能力,从而杜绝密钥托管问题。体制的安全性在标准模型下归约到容错学习问题的难解性。     

基于NTRU的多密钥同态加密方案解密结构

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。     

可外包解密和成员撤销的身份基加密方案

针对可撤销成员的身份基加密（RIBE）方案中密钥更新效率较低,且解密的工作量较大,难以应用于轻量级设备的问题,提出了一个可外包解密和成员撤销的身份基加密方案（RIBE-OD）。首先,生成一个完全二叉树,为这棵树的每个节点指定一个一次多项式。然后,将基于指数逆模式构造的身份基加密（IBE）方案和完全子树方法相结合,利用该一次多项式计算所有用户的私钥和未撤销用户的更新密钥,撤销用户因不能获得与之匹配的更新密钥而失去解密能力。其次,利用外包解密技术修改密钥生成算法,增加密文转换算法,从而将大部分解密运算量安全外包给云服务器,轻量级设备仅需少量运算即可解密密文。最后,基于判定双线性Diffie-Hellman逆转（DBDHI）假设,证明了所提方案的安全性。与BGK方案相比,该方案的密钥更新效率提高了85.7%,轻量级设备的解密过程减少到一个椭圆曲线指数运算,非常适合于轻量级设备解密密文。     

An efficient incomparable public key encryption scheme

Public keys are closely related to the identity of recipients in public key encryption setting. In privacy-sensitive applications of public key encryption, it is desirable to hide the relation between the public key and the identity of the recipient. The main functional approach in the privacy enhanced public key encryption scheme is to give anonymity of the public keys of recipients. In this case, all the users in the system are potential recipients of every ciphertext. Waters, Felten, and Sahai proposed an incomparable public key encryption scheme which guarantees the anonymity of recipients against both eavesdroppers and senders. In their scheme, all the recipients must complete the same amount of computations to identify the ciphertexts which direct to them. In this paper, we focus on reducing the number of computations for the recipients while preserving the security level of Waters et al.’s scheme. Our method is to separate the decryption process into two steps, first the recipient determines whether a ciphertext is directed to him or her, and only if the direction is correct, the recipient recovers the corresponding plaintext. This improves the efficiency of the system.