整数上全同态加密及其在云平台的应用研究

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1、分类号TP309学校代码10590UDC620密级公开深圳大学硕士学位论文整数上全同态加密及其在云平台的应用研究学位申请人姓名谷思竹专业名称信息与通信工程学院（系、所）信息工程学院指导教师姓名喻建平教授深圳大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文整数上全同态加密及其在云平台的应用研究是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日整数上全同态加密及其在

2、云平台的应用研究摘要全同态加密(FHE)体制支持对密文数据的任意运算，运算结果解密之后与对明文数据做相同运算的结果一致，这种特有的性质使得它可以消除借助第三方对信息进行处理时的安全隐患。传统加密体制中，数据的保密性与可操作性不可兼得，而FHE加密体制可以解决这一矛盾，FHE可用于对加密数据进行处理、检索以及安全多方计算。特别是随着云计算、物联网等技术的发展，FHE在安全云存储、安全云计算以及保密数据检索等方面具有广泛的应用前景。整数上的FHE加密算法构造简洁、易于实现，更符合实际应用场景的需求。本文研究整数上全同态加密及其在云平台的应用，主要工作内容如下：1)针对整数上的单比特方案(DGH

3、V)展开研究，综合运用公钥压缩技术、明文扩展10方法和密文分解方法，对该方案进行了改进。本文提出的方案使公钥尺寸从减少7到，明文空间从GF2域扩展到GFp。在密文方面，本文引入了余数基(RNS)对密文进行分解，在密文自举的过程中减少计算量，以提高原始方案的效率。2)针对整数上多比特方案(BDGHV)展开研究，通过公钥压缩技术、私钥扩维方法以及密文分解等技术，对BDGHV方案进行了改进。文中提出的改进方案使得BDGHV75.593的公钥从降低到，私钥大小从降低到，明文空间也得到了扩展。本文提出私钥的矩阵形式在解密过程中增加了

4、耗时，但对方案的安全性能方面有所改进。3)针对整数上的FHE加密方案进行仿真实验，实现了两个改进的FHE方案，并将改进方案与原方案进行比较和分析，验证本文提出的方案的有效性。最后，设计并实现了一种基于阿里云对象存储服务(OSS)搭建的云计算服务系统，将整数上的FHE方案同云平台相结合，验证FHE加密方案的可行性。关键词:云计算;全同态加密;整数上全同态;密文分解;私钥扩维IResearchonFullyHomomorphicEncryptionovertheIntegersandApplicationinCloudPlatformAbstractFullyhomomorphicencryp

5、tion(FHE)allowsarbitrarycomputationtobecarriedoutonencrypteddatawithoutdecryption,andthedecryptionresultequalstheresultofthesameoperationoncorrespondingplaintext.Thisuniquepropertymakesitpossibletoeliminateinformationsafetyproblem,whenathirdpartyisintroducedfordataprocessing.FHEsystemcouldsolvethe

6、contradictionbetweendataconfidentialityandmanipulationintraditionalencryptionsystem,itcanbeappliedforciphertextprocessing,retrievalandsecuremulti-partycomputation.Withthedevelopmentofcloudingcomputation,internettothings,theFHEsystemwillhaveabroadapplicationprospectsonsecurecloudcomputation,storage

7、andconfidentialdataretrieval.TheFHEovertheintegersanditsapplicationincloudcomputationareresearchedinthispaper.Thedissertationissummarizedasfollows:1)ItresearchesthesinglebitFHEschemeovertheintegers(DGHV).Theschem