安全多方计算的研究

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随着网络技术的不断发展,以及高性能计算机、网格等为代表的日益强大的计算环境的出现,极大地改变了计算的含义及计算的方式,这使得用户可以通过网络使用这些强大的计算资源完成自己的计算任务。而在这种环境中,保证用户数据的安全,是计算的基本要求。安全多方计算(Secure Multi-Party Computation,SMPC)正是在这样的背景之下日益引起人们的关注。安全多方计算问题最早由A.C.Yao提出:有n个参与者P1,P2,∧,Pn,要以一种安全的方式共同计算一个函数,这里的安全是指输出结果的正确性与输入信息、输出信息的保密性。具体地讲,每个参与者Pi,有一个自己的保密输入信息xi,n个参与者要共同计算一个函数f(x1,xx,∧,xn)=(Y1,Y2,∧,Yn),计算结束时,每个参与者Pi只能了解Yi,不能了解其他方的任何信息。SMPC是电子选举、门限签名以及电子拍卖等诸多应用得以实施的密码学基础。安全多方计算协议牵涉到众多的底层密码协议,目前提出的方案使用到了秘密共享、公钥和私钥加密、同态加密以及不经意传输等诸多常用的安全协议和算法。可以说,安全多方计算领域的研究是一个相当复杂的工作。尽管研究费时,由于安全多方计算理论对于网络协议的安全具有重要的指导作用,仍然有很多研究人员投入到这个领域来,并且已经取得了丰硕的成果。我们相信,目前的安全计算领域的研究和10多年前的公钥密码学的研究类似。也就是说,它已经拥有了丰富的理论,正在成为密码学领域一个极度强有力的工具,虽然它在现实生活中的应用还只是刚刚开始。但将来它必将成为我们信息安全体系的一个必不可少的部分。本文的工作大体上分为两部分:一部分是一般安全多方计算协议的研究,另一部分是针对特定问题的安全多方计算协议的研究。本文首先分类研究了现有的一般安全多方计算协议:基于可验证秘密共享的安全多方计算协议、基于不经意传输的安全多方计算协议、基于同态加密的安全多方计算协议、基于MixMatch的安全多方计算协议,并进行了安全分析;然后重点研究了针对特定问题的SMPC,如电子投票问题、前向安全的门限签名、加密数据计算问题等,并对他们进行安全性分析和改进。
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