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抵抗自适应密钥恢复攻击的层级全同态加密 被引量:5
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作者 李增鹏 马春光 赵明昊 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2019年第3期496-507,共12页
由于攻击者可以通过自适应攻击的方式获得私钥,因此目前一个重要的公开问题是如何保护层级全同态加密(fully homomorphic encryption, FHE)免受自适应攻击.在该问题的研究中,为实现抵抗自适应密钥恢复攻击的目标,近来,李增鹏等人(PROVSE... 由于攻击者可以通过自适应攻击的方式获得私钥,因此目前一个重要的公开问题是如何保护层级全同态加密(fully homomorphic encryption, FHE)免受自适应攻击.在该问题的研究中,为实现抵抗自适应密钥恢复攻击的目标,近来,李增鹏等人(PROVSEC’16)在容错学习(learning with errors, LWE)假设下,提出了一个多私钥的全同态加密方案,该方案并不依赖于Loftus等人(SAC’11)利用的"有效密文"概念.然而尽管该方案能抵抗私钥信息的泄漏,但利用噪声信息仍然能够实现自适应的密钥恢复攻击.基于李增鹏等人(EPRINT’16)的工作,给出对李增鹏等人方案的一种新的自适应攻击方法,并提出了一种不同于EPRINT’16的对偶的多私钥全同态加密方案以抵抗该自适应攻击.其核心思想是采用对偶的加密方式,并在每次解密算法运行时,都生成一个"一次"私钥,因此即使攻击者能够从每个解密查询中得到该一次私钥的某些比特,但却无法获得噪声的某些比特,因此,攻击者仍不能计算出一个有效的私钥. 展开更多
关键词 自适应密钥恢复攻击 格基密码学 容错学习 全同态加密 多私钥
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基于FPGA的有限域NTT算法设计与实现 被引量:3
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作者 谢星 孙玲 +1 位作者 黄新明 韩赛飞 《现代电子技术》 北大核心 2020年第9期79-82,共4页
大数乘法是公钥加密系统中最为核心的模块,同时,也是RSA、全同态等加密方案里最耗时的模块,因此,快速实现大数乘法是急需解决的问题。64K点有限域NTT作为大数乘法器的关键组件,文中采用并行架构实现NTT的运算,运算中基本采用加法和移位... 大数乘法是公钥加密系统中最为核心的模块,同时,也是RSA、全同态等加密方案里最耗时的模块,因此,快速实现大数乘法是急需解决的问题。64K点有限域NTT作为大数乘法器的关键组件,文中采用并行架构实现NTT的运算,运算中基本采用加法和移位操作,以保证实现大量的并行处理,提高了处理速度。该组件在Stratix-V FPGA上得到了实现,工作在123.78 MHz频率下,运行结果表明,在FPGA上的效率是CPU上运行速度的60倍。运行结果与GMP运算库进行比较,验证了有限域64K点NTT算法的正确性。 展开更多
关键词 有限域NTT算法 FPGA平台 全同态加密 大数乘法 并行处理 运行速度比较
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一种全同态加密的安全内积计算方案 被引量:1
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作者 邓江 许春香 杨浩淼 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期808-811,共4页
在云计算环境下密文top-k检索的众多方法中,该文聚焦于同态加密方法,该公钥加密方法具有不解密就能对密文进行操作的优点。在密文top-k查询中,内积相似性是度量索引向量和查询向量的相似性的最常用的一个指标。该文提出一个安全计算两... 在云计算环境下密文top-k检索的众多方法中,该文聚焦于同态加密方法,该公钥加密方法具有不解密就能对密文进行操作的优点。在密文top-k查询中,内积相似性是度量索引向量和查询向量的相似性的最常用的一个指标。该文提出一个安全计算两向量内积相似性的方案,该方案使用基于环上错误学习问题的批处理和打包的同态加密来保护隐私。与其他方法相比,该方案具有通信代价低和计算代价低的优点。 展开更多
关键词 中国剩余定理 全同态加密 环上错误学习问题 单指令多数据流
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环LWE上高效的多密钥全同态加密方案 被引量:7
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作者 车小亮 周昊楠 +3 位作者 杨晓元 周潭平 刘龙飞 李宁波 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期87-95,共9页
基于RLWE问题的BGV型多密钥全同态加密方案具有较大的密文量和密钥量,且生成计算密钥的过程复杂,致使同态运算效率较低。针对该问题,提出了一种密钥量小、计算密钥生成效率高的BGV型多密钥全同态加密方案。首先,通过改进密文的扩展形式... 基于RLWE问题的BGV型多密钥全同态加密方案具有较大的密文量和密钥量,且生成计算密钥的过程复杂,致使同态运算效率较低。针对该问题,提出了一种密钥量小、计算密钥生成效率高的BGV型多密钥全同态加密方案。首先,通过改进密文的扩展形式,优化了计算密钥的生成算法,提高了计算密钥的生成效率;其次,利用低位比特丢弃技术,减小了计算密钥生成算法中的计算冗余,降低了计算开销;最后,根据优化的算法,结合模交换技术和密钥交换技术,构造了一种高效的层级BGV型多密钥全同态加密方案。相比于现有的层级BGV型多密钥全同态加密方案,新方案在满足IND-CPA安全的条件下,简化了计算密钥生成过程,降低了存储和计算开销,且同态运算过程中产生的噪声值较小,运算效率较高。 展开更多
关键词 多密钥全同态加密 密文扩展算法 计算密钥 密钥交换 混合同态乘法
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大整数乘法器的FPGA设计与实现 被引量:11
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作者 谢星 黄新明 +1 位作者 孙玲 韩赛飞 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期1855-1860,共6页
大整数乘法是公钥加密中最为核心的计算环节,实现运算快速的大数乘法单元是RSA, ElGamal,全同态等密码体制中急需解决的问题之一。针对全同态加密(FHE)应用需求,该文提出一种基于Sch?nhage-Strassen算法(SSA)的768 kbit大整数乘法器硬... 大整数乘法是公钥加密中最为核心的计算环节,实现运算快速的大数乘法单元是RSA, ElGamal,全同态等密码体制中急需解决的问题之一。针对全同态加密(FHE)应用需求,该文提出一种基于Sch?nhage-Strassen算法(SSA)的768 kbit大整数乘法器硬件架构。采用并行架构实现了其关键模块64k点有限域快速数论变换(NTT)的运算,并主要采用加法和移位操作以保证并行处理的最大化,有效提高了处理速度。该大整数乘法器在Stratix-V FPGA上进行了硬件验证,通过与CPU上使用数论库(NTL)和GMP库实现的大整数乘法运算结果对比,验证了该文设计方法的正确性和有效性。实验结果表明,该方法实现的大整数乘法器运算时间比CPU平台上的运算大约有8倍的加速。 展开更多
关键词 全同态加密 现场可编程门阵列 大数乘法 GMP库
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基于CKKS加密方案的区块链集成风险评价模型 被引量:4
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作者 洪治潮 李卉 +1 位作者 张锦 陈豪杰 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期100-108,共9页
针对区块链平台中存在的多方数据交互不可信以及隐私数据易泄露等问题,基于CKKS(Cheon-KimKim-Song)全同态加密方案,提出了一种集成风险评价模型,把同态加密算法应用到风险评价中,将多种评价模型与同态加密结合起来.首先,利用三角模糊... 针对区块链平台中存在的多方数据交互不可信以及隐私数据易泄露等问题,基于CKKS(Cheon-KimKim-Song)全同态加密方案,提出了一种集成风险评价模型,把同态加密算法应用到风险评价中,将多种评价模型与同态加密结合起来.首先,利用三角模糊综合评价方法确定各评价指标的权重,通过多种评价方法处理分布式数据库中的样本数据,获得相关节点对同一交易事件的风险评价结果;其次,利用公钥对评价结果进行加密并进行同态运算,获得密文综合评价结果,以避免风险评价过程中的数据泄露;再次,利用私钥对评价结果进行解码,获得明文综合评价结果;最后,选取5000个中欧班列企业的样本数据作为案例,利用决策树模型、Adaboost模型、Bagging模型、ExtraTree极端随机数模型、GBDT(gradient boosting regression trees)模型、KNN(K-nearest neighbor)模型、随机森林模型、SVM(support vector machine)模型等最为常见的评价模型进行风险评价,并将经CKKS方案加密后的综合评价结果与明文直接计算的综合评价结果和经BFV(Brakerski-Fan-vercauteren)方案加密后的综合评价结果进行了对比.结果表明:该集成风险评价模型具有普适性,对较为常见的评价模型均能适用;模型的综合评价结果误差率较小,与实际结果的误差率均在10-9以内;与BFV方案加密后的结果相比,经CKKS方案加密后的结果误差率小于前者的十万分之一,评价结果更为准确. 展开更多
关键词 区块链 数据泄露 全同态加密方案 风险评价 集成模型
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大数乘法的GPU加速实现 被引量:1
7
作者 唐天泽 孙玲 +2 位作者 黄新明 谢星 韩赛飞 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2018年第10期3075-3077,共3页
大数乘法是公钥加密中最为核心的计算环节之一,快速实现大数乘法单元也是RSA、El Gamal、全同态等密码体制急需解决的问题之一。目前,基于C++的NTL+GMP库函数虽然能在CPU上实现高精度的大数乘法,但其仍不能满足加密对实时性的要求。针... 大数乘法是公钥加密中最为核心的计算环节之一,快速实现大数乘法单元也是RSA、El Gamal、全同态等密码体制急需解决的问题之一。目前,基于C++的NTL+GMP库函数虽然能在CPU上实现高精度的大数乘法,但其仍不能满足加密对实时性的要求。针对全同态加密应用需求,提出了一种基于Sch9nhage-Strassen算法的大数乘法GPU加速方法。通过比较相同实验平台下仅用CPU和GPU+CPU异构方法实现的大数乘法运算,验证了设计方法的正确性和有效性。实验结果表明,采用该方法实现的相同大数乘法运算所需的时间比在多核CPU平台实现所需的时间有12倍以上的加速。 展开更多
关键词 大数乘法 图形处理器 全同态加密
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分布式多重集众数及重数的保密计算 被引量:1
8
作者 家珠亮 赵雪玲 李顺东 《密码学报》 CSCD 2023年第1期102-117,共16页
安全多方计算作为联合计算中隐私保护的核心技术,为许多不同的隐私保护问题提供了解决方案,目前关于多重集的众数及重数保密计算问题的研究很少.本文设计了一种新的编码方案,利用这种新的编码方案和ElGamal门限密码系统解决分布式多重... 安全多方计算作为联合计算中隐私保护的核心技术,为许多不同的隐私保护问题提供了解决方案,目前关于多重集的众数及重数保密计算问题的研究很少.本文设计了一种新的编码方案,利用这种新的编码方案和ElGamal门限密码系统解决分布式多重集众数与重数的保密计算问题.针对多重集是由多个参与者的单个隐私数据构成的情况,设计了一个众数及重数的保密计算协议,阈值众数保密计算协议和元素重数大于阈值的保密计算协议.通过对编码方案的调整,进一步针对多重集是由多个参与者的多重集构成的情况,设计了多重集的并集的众数与重数的保密计算协议.用广泛接受的模拟范例证明了协议在半诚实模型下是安全的.理论分析和实验结果证明本文协议简单高效. 展开更多
关键词 安全多方计算 密码学 分布式多重集 众数 重数 同态加密 编码方法
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基于整数的多对一全同态加密方案 被引量:4
9
作者 王彩芬 成玉丹 +2 位作者 刘超 赵冰 许钦百 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第9期2119-2126,共8页
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... 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。 展开更多
关键词 全同态加密 多对一 近似最大公因子问题 数据扩展
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基于整数多项式环的多对一全同态加密算法 被引量:4
10
作者 王彩芬 赵冰 +2 位作者 刘超 成玉丹 许钦百 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2019年第4期130-135,共6页
针对传统公钥加密模式多数只能由单发送方将消息发送给单接收方的限制,基于整数全同态加密方案,设计一种基于整数多项式环的一对一全同态加密算法。在此基础上,通过修改一对一全同态加密算法的密钥生成方式,扩展加密方个数,提出基于整... 针对传统公钥加密模式多数只能由单发送方将消息发送给单接收方的限制,基于整数全同态加密方案,设计一种基于整数多项式环的一对一全同态加密算法。在此基础上,通过修改一对一全同态加密算法的密钥生成方式,扩展加密方个数,提出基于整数多项式环的多方加密一方解密的全同态加密算法。给出该算法的正确性和同态性证明,并在随机预言机模型下,基于离散子集求和问题和近似最大公因子问题证明该算法的安全性。性能比较结果表明,该算法可扩展加密方个数,提高解密方效率。 展开更多
关键词 整数多项式环 多对一全同态加密方案 离散子集求和问题 近似最大公因子问题 随机预言机模型
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动态旋转因子生成的流水线NTT高效硬件实现
11
作者 韩迎梅 李斌 +2 位作者 李坤 周清雷 于世梁 《计算机科学》 2025年第9期160-169,共10页
在全同态加密领域,多项式乘法的高复杂度计算一直是性能提升的难点。为加速此过程,数论变换(Number Theoretic Transform,NTT)被广泛应用,但传统基于多路径延迟交换的NTT架构存在硬件利用率不足、旋转因子开销大等缺点。针对这些问题,... 在全同态加密领域,多项式乘法的高复杂度计算一直是性能提升的难点。为加速此过程,数论变换(Number Theoretic Transform,NTT)被广泛应用,但传统基于多路径延迟交换的NTT架构存在硬件利用率不足、旋转因子开销大等缺点。针对这些问题,提出了一种基于流水线架构的NTT硬件加速器设计方案。该方案在多路径延迟交换架构的基础上进行优化,通过统一的NTT/INTT(Inverse NTT)框架,结合流水线技术实现高度并行计算。在设计过程中,优化集成的蝶形单元引入流水线友好的改进K-RED算法,灵活适配多种运算策略,加速大规模数据处理。此外,该设计方案采用动态旋转因子生成技术,旋转因子生成器(Twiddle Factor Generation,TFG)与蝶形单元紧密协作。在初始小参数阶段,从ROM读取预存旋转因子以节省逻辑资源;在参数较大时,启用TFG动态生成旋转因子并直接分配给相应的蝶形单元,实现资源高效平衡,有效降低了旋转因子的存储需求。现场可编程门阵列实现结果表明,与以往的研究相比,所提方案在全同态加密参数集的NTT上的执行速度提高了1.14~40.81倍;同时,在硬件资源占用方面,该方案在面积-时间乘积指标上减少了23%~82%。 展开更多
关键词 全同态加密 多项式乘法 数论变换 流水线 动态旋转因子
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面向全同态加密的多项式乘法的加速设计
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作者 田辉辉 严利民 《上海大学学报(自然科学版)》 2025年第4期735-745,共11页
针对全同态加密(fully homomorphic encryption,FHE)中多项式乘法计算时间较长的问题,设计了1种硬件乘法结构对其进行加速.首先,结合2种硬件模加结构完成可配置的硬件模加单元设计,降低了硬件资源消耗;然后,利用特殊模数法对Barrett约... 针对全同态加密(fully homomorphic encryption,FHE)中多项式乘法计算时间较长的问题,设计了1种硬件乘法结构对其进行加速.首先,结合2种硬件模加结构完成可配置的硬件模加单元设计,降低了硬件资源消耗;然后,利用特殊模数法对Barrett约减法进行改进,缩短了模约减计算时间,并将其用于改进优化的常数-几何数论变换(constant-geometry number-theoretic transform,CG-NTT)算法;最后,在现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)平台上完成乘法模块设计.实验结果表明,使用硬件乘法结构能够减少96.26%的多项式乘法计算时间,并且查找表(look-up-table,LUT)的资源消耗能够减少50.71%~93.97%. 展开更多
关键词 全同态加密 多项式乘法计算 数论变换
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