半诚实模型下关于安全多方求解交集问题的研究

特殊情形下的安全多方计算问题是目前密码学界研究的热点,特殊的安全多方计算协议的设计与分析自然成为当前人们致力研究的热门课题。数据库共享过程中,如何在不暴露各自数据集的前提下计算出交集？一直是我们感兴趣的问题,问题的解决对实现新型、安全、公平的数据共享有着重要的意义。在半诚实模型下我们基于计算不可区分概念以及交换加密的安全性假设,给出了一个用于求解交集的特殊安全双方计算协议。该协议具有公平性、安全性,并借助茫然第三方的参与,使协议简单有效。作为茫然第三方不知道最后结果及参与方的秘密,也不能与参与方串谋作弊。文中对协议的安全性进行了理论证明和分析。该协议在政府文件共享、医疗机构的合作研究、数据挖掘等领域中有着广阔的应用前景。     

基于秘密分享的高效隐私保护四方机器学习方案

机器学习技术的广泛应用使得用户数据面临严重的隐私泄露风险,而基于安全多方计算技术的隐私保护分布式机器学习协议成为广受关注的研究领域. 传统的安全多方计算协议为了实现恶意敌手模型下的安全性,需要使用认证秘密分享、零知识证明等工具,使得协议实现效率较低. 为了得到更高效的协议,Chaudhari等人提出Trident四方协议框架,在三方协议的基础上,引入一个诚实参与方作为可信第三方来执行协议;而Koti等人提出的Swift框架,在参与方诚实大多数的三方协议背景下,通过一个筛选过程选出一个诚实参与方作为可信第三方来完成协议,并将该框架推广到诚实大多数的四方协议. 在这样的计算框架下,作为可信第三方会拥有所有用户的敏感数据,违背了安全多方计算的初衷. 针对此问题, 设计了一个基于(2,4)秘密分享的四方机器学习协议,改进Swift框架的诚实参与方筛选过程,以确定出2个诚实参与方,并通过他们执行一个半诚实的安全两方计算协议,高效地完成计算任务. 该协议将在线阶段的25%通信负载转移到了离线阶段,提高了方案在线阶段的效率.     

基于加同态公钥密码体制的两方安全议价协议

安全多方计算及其应用是目前密码学领域的一个重要研究方向。在不需要第三方参与且保证安全的前提下,如何完成多方的协作运算是其研究的核心。基于加同态公钥加密算法的议价协议,是安全多方计算应用的一个具体实现,通过协议的执行,参与方可以进行商品价格的协商,并保障输入的私密性和结果的正确性。协议的执行过程中不需要第三方的参与,协议的安全性基于所采用的同态公钥加密算法。     

基于Greenberger-Horne-Zeilinger态的量子安全布尔函数计算

布尔函数在序列密码和分组密码的设计与分析中有着广泛的应用.本文利用三粒子Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ)纠缠态中三个粒子测量结果之间的相关性设计了一个量子安全多方计算协议.在协议中,两个参与者可以在一个半可信第三方的帮助下完成对任意布尔函数的运算,并保证双方输入信息的私密性.在初始化阶段,他们分别根据各自的私密输入计算得到一些中间信息,并根据该信息设置对GHZ态粒子的测量基信息.在窃听检测阶段,根据纠缠态的关联性,接收方能够验证其收到的粒子是否正确.在计算阶段,参与者对手中的粒子进行测量,并将测量结果的和告诉第三方.然后,第三方对粒子也进行相应的测量,并根据测量结果和两个参与者的消息,计算并公布其结果.最后,基于第三方的公开信息,两个参与者可以同时获取目标函数的计算结果.安全性分析表明,所提出的量子协议可以抵抗外部窃听者的一些常见攻击以及内部参与者的欺骗攻击.这里值得强调的是,虽然协议引入了一个半可信的第三方,但是他既不能窃取两个参与者所拥有的任何秘密信息,也无法获得最终的计算结果.     

一个基于概率公钥加密系统的隐私保持奇异点探测协议

隐私保持的数据挖掘研究致力于在保证用户隐私的基础上,准确、高效地进行数据挖掘工作.奇异点探测是数据挖掘领域一个很著名的任务,广泛应用于金融、电信等行业的欺诈分析中.研究分布式数据存储环境中,如何进行隐私保持的基于距离奇异点探测问题.利用了基于距离奇异点计算公式的一些特殊性质,使用一个特殊的概率公钥密码系统作为核心加密技术,设计了一个安全多方计算协议,在保证各参与方满足预定义的安全性基础上,准确地进行奇异点探测.基于安全的多方计算理论,利用模拟范例,证明了协议的安全性,并分析了协议的复杂度和通信耗费.     

基于阈值的点线距离与位置关系保密判定协议

特殊安全多方计算问题是近几年国际密码学界一个研究热点。保密计算几何问题就是其中之一,它是指两个或多个互不信任的参与方希望利用他们私有的几何信息作为输入协作解决某一计算几何问题,同时他们想要确保没有把自己的任何私有输入信息泄露给其他参与方,除了规定的输出。设计了基于阈值的两点之间、点线之间距离关系的保密判定协议,点与两平行直线位置关系的保密判定协议,使用这几个协议构造了基于阈值的点与线段之间距离关系的保密判定协议。这些协议在工程、商业和军事等领域中有着潜在的应用前景。     

分布式数据集极差与极值和的保密计算

随着信息通信技术的不断突破与发展,信息获取变得非常便利.与此同时,隐私信息也更容易泄露.将智能领域与安全多方计算技术相结合,有望解决隐私保护问题.目前,安全多方计算已经解决了许多不同隐私保护问题,但还有更多的问题等待人们去解决.对于极差、极值和的安全多方计算问题目前研究的结果很少,极差、极值和作为统计学的常用工具在实际中有广泛的应用,研究极差、极值和的保密计算具有重要意义.提出新编码方法,用新编码方法解决了两种不同的安全多方计算问题,一是极差的保密计算问题,二是极值和的保密计算问题.新编码方法结合Lifted ElGamal门限密码系统,设计多方参与、每方拥有一个数据场景下分布式隐私数据集极差的保密计算协议;将新编码方法稍作改动解决相同场景下保密计算极值和的问题.以此为基础,对新编码方法进一步修改,结合Paillier密码系统设计了两方参与、每方拥有多个数据情况下分布式隐私数据集极差、极值和的保密计算协议.用模拟范例方法证明协议在半诚实模型下的安全性.最后,用模拟实验测试协议的复杂性.效率分析和实验结果表明所提协议简单高效,可广泛用于实际应用中,是解决其他很多安全多方计算问题的重要工具...     

空间两球体相交的安全判定协议

安全多方计算是信息安全领域的研究热点问题之一,保护私有信息的计算几何问题是一类特殊的安全多方计算问题.基于安全多方计算技术,设计一个空间两球体相交的安全判定协议,并对协议的正确性和安全性进行了分析.     

茫然第三方支持的隐私保持离群点探测协议

隐私保持的离群点探测是隐私保持数据挖掘研究的一项重要课题,致力于在保证参与方隐私的前提下进行离群点探测.研究参与方大于或等于2的情况下的隐私保持离群点探测.设计了两个协议,分别针对数据水平分割存储和垂直分割存储的情况进行隐私保持离群点探测.两个协议都使用了一个特殊的概率公钥加密系统,并引进茫然第三方.基于安全多方计算理论,证明了协议的安全性.分析了协议的时间复杂度和通信耗费.与以前的工作相比较,设计中引入了一个茫然第三方参与,协议更加简洁,而且有更好的时间和通信性能.     

一个高效可完全模拟的n取1茫然传输协议

茫然传输(oblivious transfer, OT)是一个重要的密码学基础工具,可以被应用到许多密码学协议的构造中去,例如安全多方计算、隐私信息检索等.在n取1茫然传输场景中有2个参与方,即发送方S和接收方R.发送方有n个输入值,接收方希望得到其中某一个值.与此同时协议要保证发送方不知道接收方的选择信息,且接收方除了得到自己选择的值以外不知道其他输入值的相关信息.已有的OT\\+1\\-n协议仅能保证参与方的输入隐私性或实现单边模拟,均不能实现完全模拟.完全模拟意味着在理想/现实模拟范例中,当接收方或发送方被分别腐化时,协议都可以被模拟,较之于只保证隐私性和单边模拟,其安全性更强.首次在标准恶意敌手模型下,基于判定Diffie-Hellamn (decisional Diffie-Hellamn, DDH)困难问题假设构造了一个高效、可完全模拟的OT\\+1\\-n协议,该协议的思想主要基于双模式加密机制,并结合知识的零知识证明系统.协议具有常数轮交互复杂度,且计算和通信复杂度仅与n线性相关.     

秘密区间与阈值的保密判定

安全多方计算(SMC)是密码学领域近年来的研究热点,是信息安全保护的关键技术。区间安全多方计算问题在密码学中具有重要的理论意义。之前的研究很少涉及到秘密区间,即区间是由两方或多方合作生成的,任何人对区间信息一无所知。秘密区间问题在现实生活中有很重要的实际意义。主要研究的是秘密区间与阈值的保密判定问题,针对两方合作生成秘密区间,基于Paillier同态加密算法设计了一个协议;针对多方合作生成秘密区间,利用编码原理并结合Lifted ElGamal同态加密算法,提出了优化协议。所设计的安全多方计算协议均能抵抗合谋攻击,并利用模拟范例证明了协议的安全性。利用所设计的协议可以解决很多实际应用问题。     

无茫然第三方的安全两方向量优势统计协议

安全两方向量优势统计是一类特殊的安全多方计算问题,用于统计两方在不泄露各自私有向量信息的前提下,满足大于关系的分量数目。但现有的安全两方向量优势统计协议都依赖于茫然第三方,协议的安全性和效率较低。为此,在半诚实模型下,利用同态加密算法和向量叉积协议,提出一个无需茫然第三方支持的两方向量优势统计协议。理论分析结果表明,该协议无需茫然第三方即可提高协议的安全性。该协议的通信轮数为2,通信代价较低。在此基础上,将该协议应用于安全两方向量分量和的排序,也能显著提高排序性能。     

不经意传输协议研究综述

在互联网快速发展、大数据的挖掘与应用已渗透到各行各业的今天, 如何安全且高效地共享、使用海量数据成为新的热点研究问题. 安全多方计算是解决该问题的关键技术之一, 它允许一组参与方在不泄露隐私输入的前提下进行交互, 共同计算一个函数并得到输出结果. 不经意传输协议, 也叫茫然传输协议, 是一种保护隐私的两方通信协议, 消息发送者持有两条待发送的消息, 接收者选择一条进行接收, 事后发送者对接收者获取哪一条消息毫不知情, 接收者对于未选择的消息也无法获取任何信息. 不经意传输协议是安全多方计算技术的关键模块之一, 其效率优化可有效推动安全多方计算技术的应用落地, 对于特殊的两方安全计算协议如隐私集合交集计算尤为重要. 总结了不经意传输协议的分类及几种常见的变体, 分别阐述了基于公钥密码的不经意传输协议的构造和研究进展, 以及不经意传输扩展协议的构造和研究进展, 由此引出不经意传输扩展协议的效率优化研究的重要性. 同时, 在半诚实敌手和恶意敌手这两种敌手模型下, 分别对不经意传输协议和不经意传输扩展协议的效率优化研究进展进行了全面梳理. 另一方面, 从应用角度对不经意传输协议和不经意传输扩展协议在工程实现中常用的优化技术进行了系统化分析. 最后, 总结了不经意传输协议和不经意传输扩展协议研究目前所面临的主要问题及未来发展趋势.     

关于除法的安全双方计算协议

安全多方计算是现代密码学领域中一个非常重要的分支,也是信息安全方向一个重要的研究内容。利用安全多方计算协议,一方面可以充分实现网上的互连合作,另一方面又可保证秘密的安全性。近年来,很多学者在半诚实模型下给设计出了一些基础协议,但关于恶意模型的协议的研究相对较少,给出了有关除法的几个协议,并分别对半诚实模型和恶意模型都给出了具体的安全双方计算协议。     

A Secure Scalar Product Protocol Against Malicious Adversaries

A secure scalar product protocol is a type of specific secure multi-party computation problem.Using this kind of protocol,two involved parties are able to jointly compute the scalar product of their private vectors,but no party will reveal any information about his/her private vector to another one.The secure scalar product protocol is of great importance in many privacy-preserving applications such as privacy-preserving data mining,privacy-preserving cooperative statistical analysis,and privacy-preserving geometry computation.In this paper,we give an efficient and secure scalar product protocol in the presence of malicious adversaries based on two important tools:the proof of knowledge of a discrete logarithm and the verifiable encryption.The security of the new protocol is proved under the standard simulation-based definitions.Compared with the existing schemes,our scheme offers higher efficiency because of avoiding inefficient cut-and-choose proofs.     

Efficient three-party authenticated key agreement protocol in certificateless cryptography

Key agreement protocols are multi-party protocols in which entities exchange public information allowing them to create a common secret key that is known only to those entities and which cannot be predetermined by any party. Key agreement can be achieved using a public key infrastructure or identity-based cryptography. However, the former suffers from a heavy certificate management burden, while the latter is subject to the so-called key escrow problem. Recently, the notion of certificateless public key cryptography (CL-PKC) was introduced to mitigate these limitations. In this paper, we introduce the notion of three-party authenticated key agreement into CL-PKC and propose a concrete certificateless three-party authenticated key agreement protocol. We show that the proposed protocol is secure (i.e. conforms to defined security attributes) while being efficient.     

Comment on quantum private comparison protocols with a semi-honest third party

As an important branch of quantum cryptography, quantum private comparison (QPC) has recently received a lot of attention. In this paper we study the security of previous QPC protocols with a semi-honest third party (TP) from the viewpoint of secure multi-party computation and show that the assumption of a semi-honest TP is unreasonable. Without the unreasonable assumption of a semi-honest TP, one can easily find that the QPC protocol (Tseng et al. in Quantum Inf Process, 2011, doi:10.1007/s11128-011-0251-0) has an obvious security flaw. Some suggestions about the design of QPC protocols are also given.     

Multi-party quantum private comparison based on the entanglement swapping of <Emphasis Type="Italic">d</Emphasis>-level cat states and <Emphasis Type="Italic">d</Emphasis>-level Bell states

In this paper, a novel multi-party quantum private comparison protocol with a semi-honest third party (TP) is proposed based on the entanglement swapping of d-level cat states and d-level Bell states. Here, TP is allowed to misbehave on his own, but will not conspire with any party. In our protocol, n parties employ unitary operations to encode their private secrets and can compare the equality of their private secrets within one time execution of the protocol. Our protocol can withstand both the outside attacks and the participant attacks on the condition that none of the QKD methods is adopted to generate keys for security. One party cannot obtain other parties’ secrets except for the case that their secrets are identical. The semi-honest TP cannot learn any information about these parties’ secrets except the end comparison result on whether all private secrets from n parties are equal.