基于整数上的全同态加密方案的研究

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随着互联网的迅速发展,云计算越来越受到广泛关注,其安全性也引起了人们的担忧,甚至成为阻碍云计算发展的重要因素。云计算的安全主要依赖于同态加密,即对密文进行相关函数的运算,解密的值恰好是对明文做相关运算的值。1978年密码工作者在同态理论的基础上提出了全同态加密,但直到2009年6月,Craig Gentry设计了第一个基于理想格的方案,才完成这个设想。其中经典的一篇是2010年基于整数上的DGHV方案,利用重加密,压缩解密电路等关键技术,实现同态解密。2011年,Coron等提出了缩小公钥尺寸,来提高效率的方案。2012年,Coron等又提出了公钥压缩和换模技术,来降低运算复杂度。2013年,批处理整数上的同态加密方案,利用中国剩余定理,同时加密m0,m1,…,mn明文,变成1个密文,缩小了密文尺寸,改善了加密明文空间的局限性。本文是在以上理论的基础上,首先对整数上的全同态加密进行综述。其次,介绍了全同态加密在云计算上的应用。最后对加密算法的复杂度和运行效率进行研究,并提出三个新方案,并对未来的发展前景作出预测。内容主要分为以下三个部分:  1、首先介绍DGHV方案的构造过程,阐述实现全同态时运用的关键技术。同时对方案的安全性和效率进行分析和比较,对精度和关键参数的选取进行了说明。  2、基于Gentry,Dijk等关于全同态加密的研究现状,首先提出一种加密3bit的明文方案,进而推广提出一种加密固定比特明文的方案。同时密文尺寸有所降低,也提高了效率,而且公钥尺寸由(o)(λ10)降低至(o)(λ7),内存变小。根据 Coron等关于整数上的压缩公钥和换模运算的研究,针对于志敏等提出的基于整数GCD的全同态加密方案,公钥尺寸很大,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,无需模2运算以及bootstrapping,从而提高效率。  3、最后,通过对整数上的全同态加密的研究,提出一种改善移动云环境下用户数据安全的新方法。并对方案的安全性和效率等因素的分析,以及对公钥尺寸,复杂度,噪声尺寸,运行效率的比较,展望未来整数上全同态加密的发展前景。
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