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在当今信息时代,社会和个人对于数字信息保护及各种安全服务的需求越来越高。密码学为解决这些问题提供了关键技术,根据不同的应用场景设计了与之对应的密码学协议。在这些协议中,通常假设参与者要么是完全诚实的,在协议执行过程中始终遵守协议,要么是恶意的,任意地执行协议,所有的参与者都没有动机、偏好。然而,在现实生活中,参与者都有一定的偏好取向,执行协议的过程就如同偏好关系的持续对立。因此,假设参与者是自私的,一切行动的出发点是为了最大化自身的效用,则更具有现实意义。博弈论作为研究自私的理性参与者之间如何决策及行动的一门学科,在军事、管理、政治、经济以及个人生活中发挥着重要的作用。2004年,Halpern和Teague首次提出在秘密共享和安全多方计算中引入博弈论的思想,分析可知传统的协议在理性环境中不再可行,随后设计的理性协议不仅突破了传统密码学协议对于参与者的限制,而且有效阻止了参与者的背离行为,由此引发了学者们对于这一领域的关注。然而目前存在的理性密码学协议或多或少的存在一些问题,因此如何合理的将博弈论应用到密码学协议的设计过程中,使得理性的参与者能够正确地遵守协议解决密码学问题是很值得研究的。
本文在对已有的研究成果进行研究的基础上,对博弈论应用于秘密共享和安全多方计算协议进行了更加深入的研究,主要工作和研究成果如下:
(1)对密码学与博弈论进行了比较,根据实际的研究问题设计了问题的博弈模型和与结果相对应的均衡状态。之后利用模型对传统协议进行博弈分析,根据分析结果对模型进行了扩展,首次提出利用动态的博弈模型和均衡结果来进行问题模拟,扩展后的混合模型更适合研究带有随机性机制的协议。
(2)设计了一个理性的秘密共享协议并对其进行了分析,这个协议不仅实现了之前理性秘密共享协议实现的功能,而且不依赖仲裁者和较强的物理假设,过程更简单,并且协议具有可行性、安全性、可验证性,与之前的协议相比具有更高的效率。
(3)将理性的秘密共享技术应用到安全多方计算中,分别设计了基于不经意传输和基于秘密共享的理性安全多方计算协议,经证明,这两个协议都比之前的协议更高效,且各自有自己的适用范围。