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基于整数的多对一全同态加密方案

王彩芬 成玉丹 刘超 赵冰 许钦百

王彩芬, 成玉丹, 刘超, 赵冰, 许钦百. 基于整数的多对一全同态加密方案[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(9): 2119-2126. doi: 10.11999/JEIT171194
引用本文: 王彩芬, 成玉丹, 刘超, 赵冰, 许钦百. 基于整数的多对一全同态加密方案[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(9): 2119-2126. doi: 10.11999/JEIT171194
Caifen WANG, Yudan CHENG, Chao LIU, Bing ZHAO, Qinbai XU. Multiple to One Fully Homomorphic Encryption Scheme over the Integers[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(9): 2119-2126. doi: 10.11999/JEIT171194
Citation: Caifen WANG, Yudan CHENG, Chao LIU, Bing ZHAO, Qinbai XU. Multiple to One Fully Homomorphic Encryption Scheme over the Integers[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(9): 2119-2126. doi: 10.11999/JEIT171194

基于整数的多对一全同态加密方案

doi: 10.11999/JEIT171194
基金项目: 国家自然科学基金(61202395, 61562077, 61662069, 61662071);甘肃省自然科学基金(145RJDA325)
详细信息
    作者简介:

    王彩芬:女,1963 年生,教授,博士生导师,研究方向为密码学与信息安全

    成玉丹:女,1992 年生,硕士生,研究方向为密码学与信息安全

    刘超:男,1989 年生,硕士生,研究方向为密码学与信息安全

    赵冰:男,1994 年生,硕士生,研究方向为密码学与信息安全

    许钦百:男,1992 年生,硕士生,研究方向为密码学与信息安全

    通讯作者:

    王彩芬  wangcf@nwnu.edu.cn

  • 中图分类号: TP309

Multiple to One Fully Homomorphic Encryption Scheme over the Integers

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61202395, 61562077, 61662069, 61662071); The Natural Science Foundation of Gansu Province (145RJDA325)
  • 摘要: 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。
  • 图  1  私钥长度与私钥产生时间的关系

    图  2  私钥长度与公钥产生时间的关系

    图  3  私钥长度与加密时间的关系

    图  4  私钥长度与解密时间的关系

    图  5  私钥长度与加密时间的关系

    图  6  私钥长度与解密时间的关系

    表  1  方案的安全性、效率和加\解密的参与者比较

    方案名称 文献[3] 文献[13] 本文方案
    安全级别 IND-CPA IND-CPA IND-CPA
    连续性
    困难问题 近似最大公因子问题 近似最大公因子问题 近似最大公因子问题
    公钥尺寸 $\widetilde O\left( {{\lambda ^{10}}} \right)$ $\widetilde O\left( {{\lambda ^7}} \right)$ $\widetilde O\left( {{\lambda ^{10}}} \right)$
    私钥尺寸 $\widetilde O\left( {{\lambda ^2}} \right)$ $\widetilde O\left( {{\lambda ^2}} \right)$ $\widetilde O\left( {{\lambda ^2}} \right)$
    单次传输数据量 1 bit 3 bit $l$ bit
    加/解密的参与者 一对一 一对一 多对一
    下载: 导出CSV

    表  2  实验环境配置

    计算机型号 操作系统 处理器 内存 开发环境 运算库 数据处理
    HP Compad 8280 Elite Windows 7(32位) Inter Core i5~2400M (3.10 GHz) 4 GB Visual C++ 6.0 PBC-0.4.7-VC MATLAB 2010
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-19
  • 修回日期:  2018-05-02
  • 网络出版日期:  2018-07-12
  • 刊出日期:  2018-09-01

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