基于LWE的多比特同态加密的设计与研究

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随着云计算技术的发展和日益普及,在许多应用场景中需要将数据提交给“云端”,以便充分利用其强大的数据处理能力。然而在传统的模式下,需要用户以明文的方式提交数据,从而给用户数据的安全性带来了严重的安全隐患。为此密码学家提出了所谓同态加密(HE)的概念,其可以实现以安全的方式把数据外包给第三方进行处理,而不会给用户数据的安全性带来威胁。  同态加密自提出以来,就一直得到国内外密码学者的广泛关注,特别是2009年 Gentry提出了第一个全同态加密(FHE)方案的构造,由此开辟了全同态加密的新时代。此后,利用Gentry构造模式,密码学者设计了许多的全同态加密算法。  针对全同态加密的研究成果以及存在的不足,采用目前被广泛研究的改进方法进行加密方案的构造,具体做法如下:第一,全同态加密的研究转移到了基于LWE问题上FHE体制的构造;第二,为了提高同态操作的效率,开始采用一次加密多个比特的方法,这在一定程度上提高了同态操作的效率;第三,Gentry的第一个全同态加密方案为构造FHE提供了通用方法,而随着研究的深入,出现了可以不采用Gentry的构造模式进行全同态方案的构造,即构造一个不用自举的分层全同态方案。  本文以提高全同态加密算法运行效率为主要目标,针对目前全同态加密算法多为单比特加密的现状,通过引入多比特加密思想以及张量积优化技术和向量截断技术,构造一个基于LWE的多比特优化全同态加密方案。与现有算法相比,其运行效率有了明显的提高。具体工作如下:  通过利用多比特加密思想,提出一个基于Regev加密方案的公钥加密方案。与以往全同态方案相比,该方案的明文空间是,即其可以一次加密多个比特。同时,通过利用张量积技术和向量截断技术对构造的方案进行优化,以进一步提高同态操作的效率。与已有的方案相比,效率提高了40%-60%。
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