格上多策略属性基全同态加密方案的研究

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云计算作为一种远程服务模式,能够给用户提供存储空间和计算能力。为了保证用户隐私,防止数据的泄露,数据通常被加密后存储在云端。属性基全同态加密技术可在实现对共享数据细粒度访问控制的同时,又可对同属性集密文进行计算,同时满足数据共享安全和计算安全问题,但是不能满足多用户需求。而多密钥全同态加密可对不同密钥(用户)加密的密文进行任意计算,计算的结果由参与计算的用户联合所有密钥进行解密,解决了多用户密文进行同态计算的问题。在云计算服务部分场景中,需要将属性基全同态加密技术与多密钥全同态加密技术结合,在多用户环境下同时实现共享数据的细粒度访问控制和不同策略属性集密文的同态计算。另外随着量子计算机的发展,格上加密方案由于具有较强的抗量子攻击能力、较高的执行效率以及较强的安全性证明受到了极大的关注。因此本文对格上属性基全同态加密方案和多密钥全同态加密方案进行研究,尤其着重于研究并实现更高效、更灵活的格上多策略属性基全同态加密方案。本文的主要贡献如下:1、针对目前支持多跳的格上多策略属性基全同态加密方案存在密文尺寸较大以及同态计算效率不高的问题,本文提出了一个新的支持多跳的格上多策略属性基全同态加密方案。方案可实现对满足不同访问策略的不同属性集密文进行同态计算,且具备完全动态多跳性质,即任何不同访问策略的新密文都可以动态地加入到密文计算的过程中,同态计算后输出的密文能够与新密文再次进行同态运算,即使新加入密文所对应属性集不满足已有的访问策略集。与同类方案相比,方案具有更短的密文和更高的同态计算效率,并且密文扩展更容易实现。且方案在LWE问题下,被证明为IND-CPA安全的。最后对方案性能进行了分析,并给出了仿真结果。2、针对目前的格上多策略属性基全同态加密方案只支持单比特加密的问题,本文分别提出了第一个支持多比特的格上单策略以及多策略属性基全同态加密方案。方案在实现对满足相同和不同访问策略的不同属性集密文进行同态计算的功能的同时,满足多比特加密性质。且方案可以灵活的解密,既可以实现特定位置上的消息比特解密,又可以实现一次性解密,直接恢复出整个消息矩阵,具有更好的实用性。最后本文在LWE问题下,证明了方案为INDCPA安全的,并且分析了方案的性能以及给出了仿真结果。
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