云计算具有成本低、易扩展等特点,被广泛应用于众多领域。通过云计算,资源受限的用户可以将计算任务外包给云服务器,从而提高本地效率。然而,云计算也带来了一些安全问题。首先,云服务器不是完全可信的,因此用户计算任务中的隐私信息需要受到保护。另外,云服务器可能出于节约成本的目的,直接返回一个随机结果,而这个随机结果和真实结果对用户来说可能是计算不可区分的,因此用户需要有能力验证计算结果的正确性。此外,用户执行外包计算方案的开销要远远小于用户在本地完成计算任务的开销,否则外包计算就失去了意义。因此设计安全、高效、可验证的外包方案是一个值得研究的科学问题。双线性配对在密码学领域具有广泛的应用,其运算也是密码算法中最耗时的运算之一。对于计算资源有限的设备,将双线性配对运算外包给计算能力强的云服务器是一种可行的选择。本文分别基于双服务器、单服务器和区块链,提出了三个双线性配对安全外包方案:(1)提出了一个基于双服务器的双线性配对安全外包方案。资源受限设备实现安全通信主要依赖于加密算法,而双线性对是许多加密算法的基本运算。在资源受限设备上计算双线性配对非常耗时,因此众多基于双线性配对的加密算法很难大规模应用于资源受限的设备。现有的双线性配对安全外包方案大多基于预计算技术,然而资源受限设备很难有足够的存储空间来存储大量的预计算结果。针对这一问题,设计了基于双服务器的双线性配对安全外包方案,不需要预计算,安全高效且可验证概率接近1。(2)提出了一个基于单服务器的双线性配对安全外包方案。基于双服务器模型设计的安全外包计算方案需要两个服务器参与外包计算,并假定这两个服务器不能合谋,这样强的安全假设在实际应用中难以满足,因此实用性相对不强。针对这个问题,设计了一个基于单服务器的双线性配对安全外包方案,仅通过一个不可信的服务器就可以完成双线性配对的安全外包,同时用户能够以100%的概率验证结果的正确性。该方案也具有不需要任何预计算和本地执行效率高等优点。(3)提出了一个基于区块链的双线性配对安全外包方案。现有的双线性配对安全外包方案都不能实现公平支付,即在外包任务完成后,用户难以根据服务质量对云服务提供商完成支付。以去中心化为主要特点的区块链技术可以解决这一问题,通过授权区块链,设计了一种基于区块链技术的双线性配对安全外包方案,实现了公平支付,并通过实验证明了方案的可行性。