本文選題：密碼學(xué) + 安全多方計(jì)算　； 參考：《山東大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：隨著物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)計(jì)算、云計(jì)算等技術(shù)的快速興起及迅猛發(fā)展,人們的生活方式正在發(fā)生巨大改變。這些新的數(shù)據(jù)處理技術(shù)為整個(gè)社會(huì)提供了極大的便利。與此同時(shí),隱私信息和保密數(shù)據(jù)的泄露事件也在頻繁發(fā)生,制約著新型數(shù)據(jù)處理技術(shù)的應(yīng)用和普及。因而,構(gòu)建隱私保護(hù)的數(shù)據(jù)處理方式成為當(dāng)前亟待解決的工作,信息安全的重要性被提上一個(gè)新的高度。密碼學(xué)是信息安全領(lǐng)域的核心技術(shù),貫穿于信息安全保障的各個(gè)層面,為數(shù)據(jù)的隱私性、完整性和認(rèn)證性等方面提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。作為密碼學(xué)領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)理論研究,安全多方計(jì)算(Secure Multi-Party Computation)討論了分布式計(jì)算場(chǎng)景下數(shù)據(jù)擁有者各方以一種安全的方式進(jìn)行合作計(jì)算的問(wèn)題。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),在安全多方計(jì)算場(chǎng)景中,兩個(gè)或多個(gè)參與方持有各自的秘密輸入,想要聯(lián)合計(jì)算關(guān)于這些輸入的某個(gè)功能函數(shù)(Functionality),其安全性要求每個(gè)參與方除得到其預(yù)定的輸出外不能獲得任何額外信息。研究安全多方計(jì)算促進(jìn)了密碼學(xué)基礎(chǔ)理論的發(fā)展。一方面,構(gòu)造安全多方計(jì)算協(xié)議需要基于很多重要的密碼學(xué)原語(yǔ),針對(duì)安全多方計(jì)算的研究促進(jìn)了這些底層基本原語(yǔ)的發(fā)展；另一方面,安全多方計(jì)算是密碼協(xié)議的一般性理論研究,為密碼協(xié)議的研究提供理論基礎(chǔ),推動(dòng)現(xiàn)代密碼學(xué)的進(jìn)步。針對(duì)安全多方計(jì)算的研究,早先的關(guān)注點(diǎn)主要集中于安全多方計(jì)算中安全模型建立、可行性探究以及復(fù)雜性分類等基礎(chǔ)理論方面。近些年,伴隨著計(jì)算能力和通信能力的大幅提升,在安全計(jì)算基礎(chǔ)理論研究持續(xù)多年不衰的基礎(chǔ)上,實(shí)用安全多方計(jì)算又得到更加廣泛的關(guān)注。實(shí)用安全多方計(jì)算主要關(guān)注安全多方計(jì)算通用協(xié)議的效率問(wèn)題,從協(xié)議的計(jì)算代價(jià)、通信代價(jià)及交互輪數(shù)等方面綜合考慮,研究提高通用協(xié)議效率的方法和技術(shù)。通用協(xié)議指的是可以安全計(jì)算任意功能函數(shù)的一般化協(xié)議。構(gòu)造通用協(xié)議的思想一般是將所要計(jì)算的功能函數(shù)表示成算術(shù)電路或布爾電路,然后再利用秘密共享、同態(tài)加密、不經(jīng)意傳輸和混亂電路等密碼學(xué)工具對(duì)每個(gè)電路門進(jìn)行處理,最終以一種安全的方式完成整個(gè)電路的計(jì)算。安全兩方計(jì)算作為安全多方計(jì)算的特殊情況,刻畫了許多重要的密碼學(xué)任務(wù),如零知識(shí)證明、不經(jīng)意傳輸、擲幣協(xié)議以及承諾方案等,研究安全兩方計(jì)算具有其特殊的理論價(jià)值；同時(shí),在安全兩方計(jì)算中,由于參與計(jì)算的實(shí)體為兩方,安全模型中不存在誠(chéng)實(shí)方占大多數(shù)的情況,因此研究安全兩方計(jì)算具有其特有的困難性與特殊性。本文以實(shí)用安全兩方計(jì)算為主要研究?jī)?nèi)容,致力于研究面向?qū)嵱没陌踩珒煞接?jì)算中所涉及的基礎(chǔ)理論。在該研究領(lǐng)域,目前構(gòu)造惡意模型下通用協(xié)議的最高效方法是對(duì)混亂電路采用cut-and-choose技術(shù)。通過(guò)該技術(shù)可以構(gòu)造出理想／現(xiàn)實(shí)模擬范例下可證安全的高效通用協(xié)議,達(dá)到現(xiàn)實(shí)中最理想的安全性等級(jí)。但是,其中仍有許多問(wèn)題沒有很好地解決,比如參與方的輸入一致性問(wèn)題、不經(jīng)意傳輸?shù)倪x擇性失敗攻擊問(wèn)題以及兩輸出函數(shù)計(jì)算問(wèn)題等。本文以上述三個(gè)問(wèn)題中的其中兩個(gè)為切入點(diǎn),從兩個(gè)方面對(duì)實(shí)用安全兩方計(jì)算進(jìn)行了深入研究：一方面,本文研究了安全兩方計(jì)算的核心基礎(chǔ)工具——不經(jīng)意傳輸,拓展不經(jīng)意傳輸?shù)墓δ?提出了兩個(gè)新的密碼學(xué)原語(yǔ),并利用新原語(yǔ)來(lái)降低安全兩方計(jì)算通用協(xié)議的交互輪數(shù),提高協(xié)議效率；另一方面,本文研究了兩輸出函數(shù)計(jì)算問(wèn)題,提出了一個(gè)實(shí)現(xiàn)兩輸出函數(shù)安全計(jì)算的最優(yōu)范例,以該范例為基礎(chǔ)可以設(shè)計(jì)具有最優(yōu)錯(cuò)誤概率的高效兩輸出安全計(jì)算協(xié)議。具體來(lái)說(shuō),本文主要做了以下幾個(gè)方面的工作：·研究安全兩方計(jì)算基礎(chǔ)工具-本文研究了安全兩方計(jì)算的核心基礎(chǔ)工具——不經(jīng)意傳輸,針對(duì)用來(lái)構(gòu)造惡意模型下高效安全協(xié)議的cut-and-choose范例,提出cut-and-choose場(chǎng)景下的兩個(gè)新密碼學(xué)原語(yǔ)—-" cut-and-choose逆向不經(jīng)意傳輸”和‘'cut-and-choose雙向不經(jīng)意傳輸”。這些新原語(yǔ)是基礎(chǔ)性的密碼學(xué)工具,具有密碼學(xué)基礎(chǔ)理論上的重要性。新原語(yǔ)不僅提供了以安全的方式傳輸數(shù)據(jù)的新方法,使參與者能夠在網(wǎng)絡(luò)上安全地完成不同需求的傳輸任務(wù),而且為提升高層次安全協(xié)議的效率提供底層的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。特別地,cut-and-choose雙向不經(jīng)意傳輸是一個(gè)功能強(qiáng)大的基本工具,當(dāng)其應(yīng)用在基于混亂電路cut-and-choose范例的安全計(jì)算協(xié)議中時(shí),不僅能用來(lái)傳輸混亂電路構(gòu)造方在所有混亂電路中相關(guān)的混亂密鑰,也可以將另一個(gè)參與方相關(guān)的所有數(shù)據(jù)一同傳輸,不再需要多輪交互來(lái)完成數(shù)據(jù)的傳輸任務(wù),進(jìn)而極大簡(jiǎn)化高層安全計(jì)算協(xié)議的框架,大大降低協(xié)議的交互輪數(shù)。-對(duì)于本文提出的新密碼學(xué)原語(yǔ)cut-and-choose逆向不經(jīng)意傳輸和cut-and-choose雙向不經(jīng)意傳輸,以及此前研究者提出的cut-and-choose不經(jīng)意傳輸,除形式化定義其功能函數(shù)外,本文基于同態(tài)加密正式給出相應(yīng)的實(shí)例化構(gòu)造,并基于標(biāo)準(zhǔn)的安全性證明范例——理想／現(xiàn)實(shí)模擬范例,在惡意模型下給出嚴(yán)格的安全性證明,理論上證明這些構(gòu)造達(dá)到現(xiàn)實(shí)中最高的安全等級(jí)�！ぱ芯�?jī)奢敵龊瘮?shù)安全計(jì)算-本文研究了安全兩方計(jì)算中的兩輸出函數(shù)計(jì)算問(wèn)題,期望在cut-and-choose范例下找到能以最優(yōu)錯(cuò)誤概率解決兩輸出函數(shù)計(jì)算問(wèn)題的方法。Cut-and-choose技術(shù)能以很高的效率實(shí)現(xiàn)惡意模型下安全的通用協(xié)議構(gòu)造,但其是以一定的錯(cuò)誤概率為代價(jià)的。錯(cuò)誤概率的大小是影響協(xié)議效率的關(guān)鍵因素,實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤概率的最優(yōu)化是實(shí)用安全兩方計(jì)算中的一項(xiàng)重要研究課題。目前已有計(jì)算單輸出函數(shù)最優(yōu)錯(cuò)誤概率的技術(shù),但對(duì)于兩輸出函數(shù)如何獲得最優(yōu)錯(cuò)誤概率仍是未知。本文首次提出兩輸出函數(shù)計(jì)算的最優(yōu)范例,該范例為設(shè)計(jì)具有最優(yōu)錯(cuò)誤概率的兩輸出函數(shù)安全計(jì)算協(xié)議提供了有效途徑。基于該范例,本文給出兩輸出函數(shù)安全計(jì)算通用協(xié)議的高效構(gòu)造,并在惡意模型下基于標(biāo)準(zhǔn)的理想／現(xiàn)實(shí)模擬范例進(jìn)行嚴(yán)格的形式化安全性證明。-兩輸出函數(shù)計(jì)算中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是混亂電路構(gòu)造方輸出的認(rèn)證性問(wèn)題,該問(wèn)題的解決效率關(guān)系著整個(gè)協(xié)議的計(jì)算效率和通信效率。本文針對(duì)輸出認(rèn)證性問(wèn)題,利用混亂電路中輸出線上混亂密鑰的特殊構(gòu)造,設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)模型(非隨機(jī)諭言機(jī)模型)下最高效的解決方案。本文方案所需的計(jì)算代價(jià)僅與混亂電路構(gòu)造方輸出的長(zhǎng)度呈線性相關(guān),且僅需要對(duì)稱密碼學(xué)計(jì)算操作。
[Abstract]:With the rapid rise and rapid development of Internet of things , mobile computing , cloud computing and other technologies , people ' s life style is undergoing tremendous change . The new data processing technology provides theoretical foundation and technical support for the whole society . At the same time , the security multi - party computing is the core technology in the field of information security .
On the other hand , security multi - party computing is a general theoretical study of cryptographic protocols , which provides a theoretical basis for the research of cryptographic protocols .
At the same time , in the security two - party computing , because the entity involved in the calculation is two parties , there are no honest parties in the security model , so the research on the security two - party computing has its own unique difficulty and particularity . In this research field , the most efficient way to study the general agreement in the malicious model is to use cut - and - choose technology .
On the other hand , this paper studies the computation of two output functions , proposes an optimal example to realize the safety calculation of two output functions .
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP309
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本文編號(hào)：1934122