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

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。

基于加法同态与多层差值直方图平移的密文图像可逆信息隐藏算法

现有的密文图像可逆信息隐藏算法存在两个问题:可逆性不能完全得到保证;不是真正意义上的密文域操作。文章提出了一个完全可逆的密文图像信息隐藏算法,该算法首先利用同态加密可以直接在加密数据上进行操作的特性,将相邻像素分为一组,对同一组的像素用相同的密钥加密,加密方式采取加法同态加密算法。然后对得到的密文图像的每组相邻像素计算差值,构成差值直方图。对差值直方图进行平移操作实现信息隐藏。同时可以通过多层嵌入的方式达到提升嵌入容量的目的。总体来说,该算法有效地解决了现存的两个问题,实现了真正的密文域信息隐藏,并且达到了完全的可逆。实验结果表明,该算法可以保证图像隐私安全,有较高的嵌入容量,并且能无错地提取信息和恢复图像。

基于国密SM2 和SM9 的加法同态加密方案

加法同态加密是一种可对密文进行加法同态操作的加密方案,即对若干密文计算后再解密可以得到对应原始数据相加后的结果,加法同态已广泛应用于数据聚合、安全多方计算、联邦学习等领域.然而,现有的加法同态加密方案以国外设计为主,不符合网络空间安全自主可控的要求.针对这一问题,以DDH困难问题为基础,结合国密SM2和SM9设计了新的加法同态加密方案,并证明了它们具有INDCPA安全性.实验结果表明,在相同安全等级下,所提SM2加法同态加密方案的解密耗时大约仅为经典加法同态加密Exp-ElGamal方案的3/5,Paillier方案的1/8;SM9加法同态加密方案的解密耗时大约仅为Exp-ElGamal方案的3/4,Paillier方案的1/6.

基于CL加密的改进分布式解密系统

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。

基于同态实现多候选人的电子投票方案

选举是当今公民实现民主的重要方式,相比于传统选举方式,电子选举以密码学为基础,可以有效避免在各个环节中出现徇私舞弊现象,并且在计票阶段也比传统选举方式更快、更准确。在满足电子选举的公正性、唯一性、匿名性等八个基本特性的基础上,该方案通过使用Paillier加密的加法同态性来避免在计票环节对选民选票进行舞弊操作,同时能够大幅度提高电子选举在最后计票环节的效率。

使用模糊关键字可搜索同态加密的区块链隐私保护方案

针对区块链中用户对数据文件安全以及隐私保护的需求,提出了一种基于模糊关键字可搜索同态加密的区块链隐私保护方案.设计了方案的框架,并进行形式化分析和证明,包括内容加密、搜索、用户获取加密文档和用户解密4个阶段.通过引入中间节点和加法同态加密算法,实现了加密密钥的保护,防止区块链上的其他节点获取用户的隐私.与现有的基于模糊关键字可搜索加密的区块链隐私保护方案相比,该方案能同时保护数据文件安全和用户隐私.安全性、正确性和可靠性分析表明了该方案的可行性;相关的仿真实验结果表明,方案具有较低的计算开销,并具备良好的隐私保护能力.

基于Paillier和ElGamal算法的双层同态密码系统

当今各种各样的网上服务和线上服务为人们提供诸多的便利,诸如电子政务、网上银行、电子投票等线上系统也早已为人们广泛使用。今年来频发的网络安全事件警示着我们网络通信的安全风险不断增多,确保安全的网络通信的各种努力尤为必要。但是,当前主流的加密放在执行加解密操作时,由于原文的明文被暴露而造成信息泄露的发生。针对这一情况,设计一种在不知道原始明文的情况下对用户加密数据进行操作的加密方法很有必要。文章介绍的双层加密方法在非对称加密之后采用Paillier和ElGamal算法的双层密码系统。文章提出的安全加密方法经实验证明能够取得较好的效果,信息加密被泄露的风险大大降低。其中,Paillier密码系统采用加法同态的方法,常用于电子商务等领域。ElGamal方法确保被Paillier加密的数据得到充分的保护,从而实现双层加固加密系统。

改进同态图像秘密共享ElGamal ECC加密体制

针对Li等人提出的ElGamal椭圆加密体制进行改进,该方案不需要增加计算开销就能提高接收者验证图像正确性的能力。一旦接收者发现加密图像的某些块被污染或者窜改,可立即丢掉这个图像,不需要等到整个图像完全解密出来后才判断出此图像已损坏。结果表明本方案能够对图像快速处理,提高验证速度,减少计算开销。

对混合全同态算法的研究

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。

图数据精确最短距离的隐私保护外包计算方案

社交网络、通信网络、生物蛋白等海量图数据应用广泛且包含大量个人隐私和商业敏感信息,通常需要对图数据加密并通过云计算提供安全高效的外包查询服务。然而,设计加密图数据上的高效精确最短距离外包计算方案既要保证隐私数据的高安全性,又要提高加密查询等计算的效率,具有一定挑战性。提出一种基于二跳覆盖标记和加法同态的图数据精确最短距离查询外包计算方案。使用广度优先搜索修剪策略对二跳覆盖标记生成的原始标记集合进行预处理,减少预处理的标记数量并提高查询效率。基于加法同态加密和伪随机函数对标记集合进行加密处理并构造安全索引结构,保护图数据的节点和距离信息,实现加密图数据的精确最短距离查询。实验结果表明,该方案能正确进行加密图数据上精确最短距离的外包计算,在半诚实假设下满足随机预言模型下的IND-CPA安全和(L_(1),L_(2))安全,能有效保护图结构数据在外包计算中的隐私信息,在图数据加密和最短距离查询阶段相较现有同类方案分别降低了13.04%~24.24%和36.44%~46.13%的时间开销。

多方隐私集合交集计算技术综述

随着互联网、大数据等新技术的快速发展,越来越多的分布式数据需要多方协作处理,隐私保护技术由此面临更大的挑战。安全多方计算是一种重要的隐私保护技术,可为数据的安全高效共享问题提供解决方案。作为安全多方计算的一个重要分支,隐私集合交集(PSI)计算技术可以在保护参与方的数据隐私性前提下计算两个或多个参与者私有数据集的交集,按照参与方数目可分为两方PSI和多方PSI。随着私人数据共享规模的扩大,多于两个参与方的应用场景越来越常见。多方PSI具有与两方PSI相似的技术基础但又有本质的不同。该文首先讨论了两方PSI的研究进展,其次详细梳理多方PSI技术的发展历程,将多方PSI技术依据应用场景的不同分为传统多方PSI技术以及门限多方PSI技术,并在不同场景下按照协议所采用密码技术和功能进行更细致的划分;对典型多方PSI协议进行分析,并对相关密码技术、敌手模型以及计算与通信复杂度进行对比。最后,给出了多方PSI技术的研究热点和未来发展方向。

面向联邦学习多服务器模式的非交互可验证安全聚合协议

针对联邦学习安全聚合协议的单服务器模式易单点故障、客户端易掉线等问题,并考虑到保护客户端数据隐私性和提供可验证性等需求,提出了一种公共参考串模型下非交互多服务器模式的公开可验证的安全聚合联邦学习系统及协议。利用Shamir加法同态秘密共享方案构建非交互安全聚合协议,来保证客户端私有数据的隐私性;在此基础上,结合同态变色龙哈希函数实现安全聚合协议的可验证性。同时,考虑到客户端与多服务器难以建立安全信道,提出了一种基于公告板的多服务器的可验证安全聚合联邦学习系统。为了协议的可扩展性,分别针对去中心化现实场景需求和客户端输入向量超高维度的特点,给出相应的改进方案。实验结果表明,所提方法能够有效提升整体的计算效率和通信性能。

保护私有信息的点线关系判定协议及其应用

在半诚实模型下,利用加法同态加密体制设计了一个保护私有信息的点线关系判定协议;同时利用该协议设计了保护私有信息的线段相交判定问题和保护私有信息的点包含判定问题的解决方案.保护私有信息的点线关系判定协议,可以保密地判断点在直线正侧、负侧和在直线上;保护私有信息的线段相交判定协议,可以保密地判断不同参与方拥有的直线是否相交;保护私有信息的点包含判定协议,可以保密判断不同参与方拥有点和多边形之间的包含关系.最后分析和证明了这些协议的正确性、安全性和复杂性.

安全多方信息比较相等协议及其应用

安全多方信息比较协议是一个由两方向多方进行推广的问题,可以在不泄漏各个参与方信息的情况下比较出多方信息是否全部相等以及得到具有相等信息的参与方的数目.该问题的研究目前尚没有见到报道.本文在半诚实模型下利用设计的F函数和具有语义安全性的加法同态加密体制设计了一个安全多方信息比较协议;分析了该协议的正确性,安全性和效率.该方案在安全多方计算研究中有广泛应用.

购买者透明的非对称扩频指纹方案

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.

基于安全两方计算的隐私保护线性回归算法

随着数据安全与隐私泄露事件频发,泄露规模连年加剧,如何保证机器学习中数据和模型参数的隐私引发科学界和工业界的广泛关注。针对本地存储计算资源的有限性及云平台的不可信性所带来的数据隐私问题,基于秘密共享技术提出了一种安全两方计算的隐私保护线性回归算法。利用加法同态加密和加法掩码实现了秘密共享值的乘法计算协议,结合小批量梯度下降算法,最终实现了在两个非共谋的云服务器上的安全线性回归算法。实验结果表明,该方案同时保护了线性回归算法训练及预测阶段中的数据及模型参数,且模型预测性能与在明文域中进行训练的模型相近。

一种基于正六边形网格的数据安全聚合方案

现有的无线传感器网络数据聚合方案无法同时满足机密性、完整性、可用性要求,文章提出一种基于正六边形网格的数据安全聚合方案(DSABH),利用同态加密技术为网络提供高效而强大的安全;将数字签名与全局时钟结合保证了数据的完整性和可用性;采用移动基站有效地延长了网络的寿命。数学推导和仿真实验证明了该方案具有低能耗、强安全的特性。

基于关键字的云加密数据隐私保护检索

云计算技术的蓬勃发展,使得越来越多的企业和个人将数据外包存储到云端并通过云服务提供对数据的管理。查询是用户访问云端数据获取信息的必不可少的操作。这样,保护用户查询隐私和云端数据隐私以及快速提供满足用户需求的查询结果成为了关键问题。私有信息检索可使查询用户和数据库持有者在双方私有信息互不泄露的情况下完成查询操作。针对现有私有信息检索方案在云环境、大容量数据中的局限性,提出一个基于同态密码体制以及MapReduce的计算安全信息检索协议并使用批量查询方法降低协议通信复杂度。将提出的协议作为构建块,利用完美哈希函数工具构建基于关键字的云加密数据检索方案,方案兼具隐私性、查询的高效率以及基于关键字的实用性。

基于线性码上无可信第三方的多秘密共享方案

为了避免秘密共享方案中第三方的不诚实行为造成的威胁,利用Massey线性码上的秘密共享体制,提出了一个无可信第三方的多秘密共享方案。该方案的重构算法满足加法同态性,其中每个参与方既是参与者也是分发者。同时方案实现了非门限结构上的无分发者的秘密共享,适用于更广泛的存取结构。证明了方案的正确性和安全性,并通过效率分析表明该方案只需较小的存储空间。此外,基于方案中重构算法的同态性给出了一种设计安全多方计算协议的方法。

基于抗泄漏无证书的智能电网隐私保护协议

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。