图像数据库装载外部数据全同态加密聚合系统设计

图像数据库连接外围设备后,容易产生数据泄密或丢失的情况。相关的加密系统受信息隔离效果的影响,导致其存在加密安全性较差,聚合时间过长的问题。为了解决上述问题,设计一种新的图像数据库装载外部数据全同态加密聚合系统。系统硬件由隔离放大器、加密单元和处理器组成。采用IDO-2917型巨磁阻隔离放大器完成信息隔离,利用USB模组和AES加密模组实现数据加密,采用FPGA型处理器进行数据寄存。通过数据滤波预处理、数据特征提取和数据加密聚合实现加密聚合流程。实验结果表明,图像数据库装载外部数据全同态加密聚合系统加密安全性可以达到99%,聚合时间低于2.5 s,具有极好的聚合能力。

基于格雷码和混沌系统的图像加密算法

针对当前的一些具有置乱-扩散结构的图像加密算法中,存在加密程度低的问题,提出了一种新的图像加密算法.置乱阶段先利用格雷码变换进行全局的置乱,然后再根据混沌序列进行行列间置乱变换.扩散部分采用了正向和反向的异或操作.实验结果表明,该算法提高了密文的安全性和密钥的敏感性,增大了密钥空间的大小,同时能很好的抵抗统计分析、穷举攻击等.

基于同态加密的电力计量数据抗泄露加密系统设计

为保障电力计量数据安全,避免数据流失导致用户隐私泄露,设计了基于同态加密的电力计量数据抗泄露加密系统。系统通过传输层供电站、配电中心、变电站以及输电中心为用户提供优质电能,用户使用电能后产生电力计量数据;利用采集层智能电表实时采集用户电力计量数据,并每间隔小时通过网络层传输所采集数据至数据层;数据层采用数据聚合器合并所接收数据,同时由其内置密码编码器对数据进行初步加密处理,加密后数据暂存于数据聚合器内,而后每月定时传输至处理层;处理层利用密钥生成器对所接收电力计量数据生成专属密钥,并采用同态加密技术实现电力计量数据加密控制。系统测试结果表明,该系统可实现电力计量数据的加密处理,防止非系统用户查询,避免电力计量数据泄露,系统抗攻击能力为0.98以上,具备较强的电力计量数据抗泄露加密性能。

同态公钥加密系统的图像可逆信息隐藏算法

同态加密技术在加密信息、对信息进行隐私保护的同时,还允许密文数据进行相应的算术运算(如云端可直接对同态加密后的企业经营数据进行统计分析),已成为云计算领域的研究热点之一.然而,由于云存在多种安全威胁,加密后信息的安全保护和完整性认证问题仍然突出.另外,信息在加密后丢失了很多特性,密文检索成为了云计算需要攻克的关键技术.为了实现对加密图像的有效管理及其安全保护,提出了一种基于同态加密系统的图像可逆信息隐藏算法.该算法首先在加密前根据密钥选择目标像素,并利用差分扩展DE(difference expansion)的方法将目标像素的各比特数据嵌入到其他像素中.然后,利用Paillier同态加密系统对图像进行加密得到密文图像.在加密域中,利用待嵌入信息组成伪像素,加密后替换目标像素,完成额外信息的嵌入.当拥有相应的密钥时,接收方可以分别在密文图像或明文图像中提取出已嵌入的信息.当图像解密后,通过提取出自嵌入目标像素的各比特数据来恢复原始图像.仿真实验结果表明,该算法能够在数据量保持不变的前提下完成同态加密域中额外信息的嵌入,信息嵌入快速高效,并可分别从加密域和明文域中提取出嵌入的信息.

HEBenchmark:全同态加密测试系统设计与实现

随着全同态加密的需求和发展,学术界和工业界非常关注各种全同态加密库的计算效率.为了回答全同态加密具体性能问题,我们提出一个公平科学的比较方法,将安全等级与电路深度作为两个关键基准点,在统一这两个基准点的大前提下设置相应的测试方法.测试方法主要分为3类.第1类,在相同的关键基准点的前提下,对乘法计算效率进行比较;第2类,密文计算与相应明文计算比较;第3类,通过在标准算法上执行同态计算进行比较,例如执行机器学习里的逻辑回归算法.通过这3类测试就能够勾勒出各种全同态加密库的性能.此外,我们还设计了研究性测试环节,例如:噪音增长测试,密文大小随参数大小变化测试,密文打包性能测试等等.为了直观给出各种性能指标与分析,我们开发了Python接口库,提供了报表图表生成工具.该系统(HEBenchmark)能够自动化的完成整个测试过程,并且具有灵活性,能够将已知的任何全同态加密库加入测试,便于非专业客户使用.为全同态加密的实践应用,提供了一个良好的评估测试工具.

FHE~* KDFRS:全同态加密相容的核基人脸识别系统

生物特征识别是一种有着特征唯一、不易复制等良好特性的个人身份鉴定与识别技术.但在识别过程中,个人信息通过公开信道传输或网络服务器存储时,有可能会受到第三方的截获和修改,或通信双方提供虚假信息进行相互欺骗.可通过引入全同态加密协议以保护数据与分类器.此类方案设计主要存在2方面问题:一方面是只支持"加乘"运算的全同态加密算法与识别算法的运算相容性问题;另一方面是由于加密算法的约束导致识别率与运行效率的降低.以C/S模型为基础,采用了Gabor小波和核主成分分析法,利用数据的非线性信息和高阶统计特性以提高识别率;并设计了通信协议,使用了多项式核和改进后的DGHV加密方案,以解决相容性问题.原型实现的实验数据表明,该方案在承接源自全同态加密的隐私保护的前提下,有着较高的识别率与运行效率,其累积匹配率为91.9%,最高识别率为97.62%,最大识别时间花销约为1 s.

基于同态加密策略的电子选举系统

针对电子选举系统的安全性问题,提出了一种基于同态加密策略保护选民隐私的高安全性的电子选举系统设计方案。该系统采用同态加密策略进行选民的投票结果运算,采用非对称密码算法保证数据信息传输过程中的数据安全,保护选民的身份和意愿不被暴露。

基于同态加密的物联网军火管理系统

本文就物联网技术的革新,分析世界各主要国家通过物流信息化来应对现代战争对物流提出的挑战,近年来同态加密技术不断发展和突破,它的优势对于物联网而言是得天独厚的。本文就此,分析物联网的发展趋势,分析比较加密算法的特点,最终设计一种运用同态加密于物联网的军火管理系统的解决方案,考虑其实现可能性,介绍其中算法的简单代码实现。展望其未来在国与国之间的现代化战争中发挥其重要作用。

基于同态加密的线性系统求解方案

在科学计算、统计分析以及机器学习领域,许多实际问题都可以归结到线性系统Ax=b的求解,如最小二乘估计和机器学习中的回归分析等。而实际中用于计算的数据往往由不同用户拥有且包含用户的敏感信息。当不同的数据拥有者想在合作求解一个模型的同时保护数据的隐私,同态加密可以作为解决方法之一。针对两个用户参与的场景,基于Cheon等提出的HEAAN同态加密技术,设计了一种两方参与、利用Gram-Schmidt正交化方法安全求解线性系统Ax=b的新方案;提出了一种适用于该场景的交互式安全乘法逆协议,解决了同态加密无法高效计算除法的问题,保证在高效计算的同时保护数据的隐私信息;分析了方案的安全性、通信损耗以及计算复杂度;基于HEAAN同态加密库,利用C++实现了该方案;最后通过大量的实验证明,该方案可以安全高效地求解维度不超过17的线性系统,与在明文数据上的计算结果相比,相对误差不超过0.0001;针对该方案设计的平行编码方法,可以通过SIMD技术并行求解多个线性系统,拓宽了方案的可用性,基本满足特定场景下的实际应用需求,可进一步用于隐私保护数据挖掘算法的设计。

基于同态加密技术的实验室开放管理系统

构建基于同态加密技术的实验室开放管理系统,以提高实验室管理系统的隐私保护能力.依据实验室开放管理系统的需求分析,完成对实验室开放系统功能模块的分析,提出了一种基于同态加密技术的实验室开放管理系统,保证用户隐私的安全性,保障实验室开放管理系统安全.

基于Goldwasser-Micali加密系统的隐私交集基数协议研究

安全两方计算研究的是如何使两个互不信任的参与方在不借助任何第三方的情况下实现保护隐私的协同计算。隐私交集基数是一类重要的安全两方计算问题,其研究如何使各自拥有一个有限集合的两个参与方,在保护自己输入隐私的前提下,其中一方输出他们的集合交集的基数,而另一方没有输出。在半诚实攻击者模型下,对隐私交集基数问题的解决方案进行了研究,以Goldwasser-Micali加密系统作为基本的密码学工具,构建了一个隐私交集基数协议,证明了其正确性,并在半诚实攻击者模型下给出了基于模拟器的安全性证明。与已有方案相比,提出的协议在某些性能上更具优势。

具备多级安全机制的在线数据库同态加密方案

随着在线数据库管理系统的广泛应用,需要对数据库中存储的敏感信息进行加密。运用同态加密技术的数据库加密方案可以实现不用解密而直接操作密文数据,从而降低了加密对应用性能的影响。多级安全机制能够为数据库管理系统提供更高层级的信息安全保护。文章针对在线数据库管理系统的特点,提出了一种具备多级安全机制的同态加密方案。该方案数据库服务器端配置了所有安全等级的加解密密钥,客户端仅配置与自身安全等级相适应的加解密密钥;包含字段和记录两层加密机制,层次清晰,运算简单;具备多级安全机制,高安全等级用户所在的客户端能够解密数据库服务器中的低安全等级数据;支持所有数据库关系操作。实验结果表明,文章密钥配置方案合理可行,加密方案加解密原理正确,支持多级安全等级机制。

一个全同态代理重加密方案

针对现有全同态加密方案仅能对用同一密钥加密的密文进行计算的局限性,在Brakerski等构造的全同态加密方案基础上,结合密钥隐私(key-private)代理重加密的思想,并利用私钥置换技术,把某用户的密文置换成其他用户的私钥可以解密的新密文,从而构造密钥隐私的全同态代理重加密方案。该方案可以使拥有重加密密钥的代理者在不改变明文的情况下,把用委托方Alice的公钥加密后的密文转换为可以用受理方Bob的私钥解密,且代理者无法获知Alice和Bob的身份,同时,根据同态运算的性质,代理者可以对转换后的密文进行同态运算,即方案同时具有全同态的性质和代理重加密的性质,从而实现对用不同密钥加密的密文进行任意计算。另外,假如用户不使用重加密的功能,该方案将自动退化为高效的全同态加密方案(BGV方案)。所以对于不同应用需求,该方案具有较为良好的适应性。最后,在标准模型下证明了方案的CPA安全性和代理重加密的密钥隐私性。

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。

基于同态加密算法的网址链接数据防泄漏算法

为解决数据传输过程中,因第三方平台不稳定或攻击者入侵导致重要信息泄露问题,提出一种网址链接数据防泄漏算法。通过私有公钥加密私有信息用实施,利用全同态性质将函数隐藏,直接处理数据的密文保证云计算环境下用户数据的安全性。通过混沌序列轨迹点平均值得出互相关函数初始值,对用户设定的初始值区间取数提升密文复杂化抗破译性能。将明文和密钥序列作为数据流的字节,设定明文和密钥的值,使其序列符合白噪声,获得密文数据的均匀分布,完成网址链接数据防泄漏。实验结果表明,提出的算法生成不同长度明文的时间较短,入侵检测率优于实验对比方法。

基于零知识证明的智能合约投票系统设计与实现

作为一种具有法律约束力的程序,智能合约为电子投票系统提供了可信执行平台.然而,由于合约部署在公开透明的区块链上,这将为投票内容的有效性与隐私性带来巨大威胁.为了解决上述问题,基于交互式零知识证明技术设计了智能合约投票系统.首先,提出了一个新的交互式零知识集合成员关系证明协议,使得投票者在不泄露投票内容的前提下,完成对投票内容有效性的验证,从而避免无效选票对投票系统的影响.其次,本文通过智能合约规范语言SPESC对投票合约进行描述并对投票各个阶段的触发条件进行限定,通过将合约以JAR包形式上传至区块链,实现智能合约投票系统的部署和自动化执行.最后,对智能合约投票系统的性能进行分析,实验结果表明该系统投票和计票阶段均可高效实施,为密码协议构造技术与智能合约投票系统的有效结合提供参考.

多属性环境下基于容错学习的全同态加密方案

针对Gentry、Sahai和Waters提出的基于容错学习(LWE)问题全同态加密方案(GENTRY C,SALAHAI A,WATERS B.Homomorphic encryption from learning with errors:conceptually-simpler,asymptotically-faster,attributebased[C]//Proceedings of the 33rd Annual Cryptology Conference.Berlin:Springer,2013:75-92)中只能在单个属性环境下工作的问题,通过借鉴"模糊系统"技术,构造了多属性环境下基于LWE的全同态加密方案。首先根据条件等式判断是否为合法用户,然后利用密文扩展算法构造新的密文矩阵,最后采用"模糊系统"技术进行方案构造。在标准的基于X不可区分的选择明文攻击(IND-X-CPA)安全游戏中证明了安全性。所提方案优点是可以将满足一定属性的基于属性加密(ABE)方案转换成多属性环境下的全同态加密方案,缺陷是运算复杂度有所增加。

基于同态加密域的自适应提升小波

随着信息时代的不断发展,信息安全与隐私保护问题越来越受到人们的重视,由于有价值的信号可能受到恶意攻击,因此它们必须在加密的域中进行处理。本文利用Paillier密码系统的同态特性,对加密域内的待处理信号进行小波分解,提出了一种加密的自适应提升小波方法。此外,还提出了采用加密的LBP方案对细节信号进行编码的方法,这些方法用于服务器在没有私钥的情况下进行数据处理,从而避免敏感信息泄露是非常有用的。我们进行了加密域的重构实验、水印实验和掌纹分类实验,验证了我们提出加密域自适应提升小波的有效性和可行性。

具有完全隐私保护的电-气综合能源系统分布式协同算法

电-气综合能源系统中,电力系统和天然气系统分属不同代理,需要进行分布式协同。“弱中心化架构”下的分布式协同过程中,代理与协调中心之间通过直接的信息交互实现算法收敛,各代理隐私数据面临严重的泄露风险。针对这一问题,文中提出了具有完全隐私保护的分布式协同算法,将多方安全计算理论引入分布式协同框架,通过同态加密技术以密文形式进行电-气协同,实现了“弱中心化架构”下的完全隐私保护。同时,提出自适应凸松弛和恢复方法求解非凸天然气系统子问题,提升了求解速度。最后,通过算例分析验证了所提算法的有效性。

同态加密

克莱格·詹特里创造了一种加密系统，以解决众多组织机构使用云计算过程中涉及的数据分析与数据挖掘的安全问题，现在使用公开的云计算服务（例如亚马逊或谷歌）访问未加密的数据，安全风险实在是太大了。