基于整数的全同态加密体制的研究

DGHV体制是在对Gentry的基于理想格的全同态加密体制进行简化的基础上提出的,但该体制仅能对单比特的明文的加解密,并且效率不够高。2013年,Jean-Sebastien等人对DGHV体制进行了改进,完成了对明文序列的加解密。本文以改进的DGHV算法为基础,分析了改进DGHV算法的思路和方法,并对相应的压缩算法和自举算法进行了分析,给出了正确性证明和安全性证明,最后指出了改进的DGHV算法的主要优势。

整数上的全同态加密方案的改进

目前的全同态加密方案的效率还很低,与实际的应用还有很大的距离,提高全同态加密方案的效率和安全性是全同态加密技术研究的重点与难点。为了提高效率,在Dijk等人的全同态加密方案的基础上,将模2运算改为模4运算,并使用Gentry的全同态思想,提出了一种更快速的全同态加密方案,改进之后的方案一次可以加密2 bit的数据,且公钥尺寸降低到Ο珟(λ7),从而比Dijk等人的方案具有更高的效率和更小的公钥尺寸。新方案的安全性基于近似最大公因子问题和稀疏子集和问题。

一种短密钥高效全同态加密方案

针对Van Dijk等人在2010年欧密会上提出的基于整数的全同态加密方案进行了研究,此方案的主要优势在于概念上的简单性,将原来的基于理想格的同态加密体制替换为一个非常简单的整数描述的同态加密体制,但是它的公钥尺寸为O(λ^(10)),并且每次只能加密1 bit。在原始DGHV同态加密的基础上,通过改变整数的选取方式和模数,提出了一种一次可以加密k bit的同态加密方案,且公钥的尺寸降低至O(λ~7)。最后给出了安全性证明和效率分析,方案与原始方案基于相同的困难问题,且加/解密效率有所提高。

一种较快速的基于整数的全同态加密方案

为了提高目前全同态加密的效率,针对于志敏等人提出的基于整数GCD的全同态加密方案中,公钥尺寸过大的缺陷,利用Coron等人关于整数上的压缩公钥和换模运算的思想,提出一种较快速的全同态加密方案。改进后的方案,公钥尺寸减小,攻击算法复杂度降低,无须mod2运算以及bootstrapping。安全性可以规约到近似最大公因子问题。

基于整数的多对一全同态加密方案

全同态加密是在不解密密文的情况下直接对密文进行操作。现有的基于整数的全同态加密方案是针对两个参与者"一方加密,一方解密"(一对一)设计的,计算效率普遍低,明文空间小,不能应用于大数据、云计算等环境。为此,该文提出一种"多方加密,一方解密"(多对一)的全同态加密方案,该方案在保证安全性的基础上简化密钥生成过程,并在全同态运算过程中给出能够正确解密的加密方个数的具体范围。同时,在随机预言机模型下,基于近似最大公因子问题证明了方案的安全性。数值结果表明,该方案与已有方案相比不仅扩展了数据传输量,而且提高了效率。模拟实验表明,该方案在整数范围内具有可行性,满足用户对系统响应的需求,最后将明文空间扩展为3 bit,并与1 bit的方案做出了实验上的对比分析。

基于整数多项式环的多对一全同态加密算法

针对传统公钥加密模式多数只能由单发送方将消息发送给单接收方的限制,基于整数全同态加密方案,设计一种基于整数多项式环的一对一全同态加密算法。在此基础上,通过修改一对一全同态加密算法的密钥生成方式,扩展加密方个数,提出基于整数多项式环的多方加密一方解密的全同态加密算法。给出该算法的正确性和同态性证明,并在随机预言机模型下,基于离散子集求和问题和近似最大公因子问题证明该算法的安全性。性能比较结果表明,该算法可扩展加密方个数,提高解密方效率。