【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及云计算数据安全的，尤其是指一种面向云计算数据安全的快速安全外包计算方法。
技术介绍
1、云计算为数据外包计算提供了灵活方便的服务，计算和存储能力有限的用户可以将其数据外包给云服务器，并对外包的数据进行高效计算。然而，云服务器可能有意或无意地窃取和泄露外包数据，从而导致隐私问题。
2、为了防止数据泄露，用户可以在外包数据之前对其进行加密。一般地，将加密后的数据称为密文。然而，对密文进行计算是相当具有挑战性的，因为传统的密码系统通常无法直接对密文进行计算。安全外包计算是一种平衡数据隐私和数据可用性的技术，该技术可以在不泄露信息的情况下对数据进行计算。由于其优异的特性，安全外包计算为云计算提供了一种很有前途的计算范式。该计算范式可以有效地保护数据安全，目前已经在许多领域中被广泛运用，如隐私保护机器学习训练和隐私保护演化计算。
3、同态加密密码系统可以在密文上实现加法、乘法或同时实现加法和乘法，因此能够使用同态加密密码系统来实现安全的外包计算。目前，基于同态加密密码系统的安全外包计算仍然面临一些问题：
4、1、单纯地基于同态加密密码系统的安全外包计算很难实现非线性运算，例如比较运算。此外，现有的基于同态加密密码系统的安全外包计算不能获得中间结果。在某些应用中，获得中间结果是相当重要的，例如隐私保护行人重识别。
5、2、同态加密密码系统，如同时支持密文加法和乘法的全同态加密，具有高额的存储成本。目前部分安全外包计算方案基于全同态加密，由于全同态加密高额的存储花销，使得这些计算方
6、3、目前的安全外包计算在计算时间和通信花销上存在效率低下的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有安全外包计算技术功能受限、支持运算的类型有限、无法获取计算的中间密文结果、密文存储花销大、计算和通信效率低等问题，提出了一种高效、可靠的面向云计算数据安全的快速安全外包计算方法，该方法首先基于具有快速加密和解密能力的paillier加法部分同态加密算法，设计了一种具有快速加密和解密能力的fastpaitd门限密码系统。随后，设计了一种离线-在线计算机制，该机制在离线阶段进行大量加密计算，从而在在线阶段实现高效的安全外包计算，最后，基于fastpaitd门限密码系统和两个不共谋的服务器，设计了一套高效的线性与非线性计算协议。
2、为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种面向云计算数据安全的快速安全外包计算方法，该方法基于具有快速加密和解密能力的paillier加法部分同态加密算法设计了一种改进的fastpaitd门限密码系统，在paillier加法部分同态加密算法原有的模数n生成算法n generation、密钥生成算法keygen、加密算法enc和解密算法dec基础上，增加了部分解密算法pdec和门限解密算法tdec，从而允许两个不共谋的云服务器在没有私钥的情况下解密一个密文；
3、该方法的具体实施包括以下步骤：
4、步骤1、系统初始化：数据所有者do初始化fastpaitd门限密码系统，招募两个不共谋的云服务器s0和s1，并把fastpaitd门限密码系统的公钥pk公开，把fastpaitd门限密码系统的部分私钥sk1和sk2分别发送给云服务器s0和s1；其中，s0作为云服务平台，负责存储do上传的加密数据，s1作为计算服务提供商，负责与s0交互执行安全计算协议；
5、步骤2、数据加密阶段：数据所有者do调用fastpaitd门限密码系统的加密算法enc对用于安全外包计算的隐私数据m进行加密，随后，数据所有者do将加密后的数据发送给s0；
6、步骤3、离线阶段：云服务器s0和s1在接收do的公钥和加密的数据后，为提高安全外包计算的执行效率，云服务器s0和s1调用fastpaitd门限密码系统的加密算法enc对用于安全外包计算的随机数和常数进行加密；
7、步骤4、在线阶段：云服务器s0和s1通过交互，联合完成两种安全外包计算，包括安全外包乘法运算smul和安全外包比较运算scmp；所述安全外包乘法运算smul的输入是do上传的两个加密数据和输出是x·y的加密结果其中，x和y代表未经加密的隐私数据；所述安全外包比较运算scmp的输入是do上传的两个加密数据和输出是x和y之间大小比较结果u的加密值其中，当x≥y时，有u＝0，当x＜y时，有u＝1；
8、步骤5、获取安全外包计算最终结果，并进行解密：在在线阶段，云服务器s0收到do发送的数据，根据安全外包计算的具体需求与云服务器s1联合进行一系列smul和scmp运算，最后得到的结果返回给do，do用其私钥sk解密出安全外包计算最终的结果，其中do调用解密算法dec解密得到隐私数据m。
9、进一步，在步骤1中，do执行以下操作：执行密钥生成算法keygen，初始化fastpaitd门限密码系统的公私钥对{pk,sk}，并将私钥sk分为两个部分密钥，即sk1和sk2；do将{pk,sk1}发送给云服务器s0，将{pk,sk2}发送给云服务器s1；
10、所述公钥pk＝(n,h)，其中n＝p·q，p和q是大素数，h＝-y2βmodn，y是在整数群中的一个随机数，β＝(p-1)(q-1)/(4pq)，p和q是比p和q小的奇素数；所述私钥sk＝α，其中α＝p·q；相关参数(n,p,q,p,q)均由模数n生成算法n generation产生；所述sk1和sk2满足sk1+sk2＝0mod 2α和sk1+sk2＝1mod n，令sk1为一个随机正整数，由中国剩余定理能够得到sk2＝((2α)-1modn)·(2α)-sk1+η·2α·n，其中η是一个整数并且满足η≥0；
11、所述相关参数(n,p,q,p,q)满足如下条件：
12、
13、此外，p,q是比特的奇素数，p,q是比特的素数；其中，κ为安全参数，和是与安全参数κ有关的函数；
14、所述模数n生成算法n generation，其计算过程如下：
15、a.选择比特的奇素数p和q，选择比特的奇数p'和q'；
16、b.令p＝2pp'+1；
17、c.令q＝2qq'+1；
18、d.测试p,q,p',q'是否互素，若不是，返回第a步；
19、e.分情况讨论；若p不是素数，q是素数，则重新生成p'，直至p是素数并且p,q,p',q'互素；若p是素数，q不是素数，则重新生成q'，直至q是素数并且p,q,p',q'互素；若p和q均不是素数，返回第a步；
20、f.输出(n＝p·q,p,q,p,q)。
21、进一步，在步骤2中，所述加密算法enc，其加密模型为：
22、enc(pk,m)＝(1+n)m·(hrmodn)nmodn2，
23、其中，r是一个比特长度小于或等于私钥sk比特长度的随机数本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向云计算数据安全的快速安全外包计算方法，其特征在于，该方法基于具有快速加密和解密能力的Paillier加法部分同态加密算法设计了一种改进的FastPaiTD门限密码系统，在Paillier加法部分同态加密算法原有的模数N生成算法N Generation、密钥生成算法keygen、加密算法Enc和解密算法Dec基础上，增加了部分解密算法PDec和门限解密算法TDec，从而允许两个不共谋的云服务器在没有私钥的情况下解密一个密文；
2.根据权利要求1所述的一种面向云计算数据安全的快速安全外包计算方法，其特征在于，在步骤1中，DO执行以下操作：执行密钥生成算法keygen，初始化FastPaiTD门限密码系统的公私钥对{pk,sk}，并将私钥sk分为两个部分密钥，即sk1和sk2；DO将{pk,sk1}发送给云服务器S0，将{pk,sk2}发送给云服务器S1；
3.根据权利要求2所述的一种面向云计算数据安全的快速安全外包计算方法，其特征在于，在步骤2中，所述加密算法Enc，其加密模型为：
4.根据权利要求3所述的一种面向云计算数据安全的快速安
5.根据权利要求4所述的一种面向云计算数据安全的快速安全外包计算方法，其特征在于，在步骤3中，在离线阶段，云服务器S0创建大量的元组，云服务器S1也创建大量的元组；云服务器S0在在线阶段计算安全外包计算协议时，将会消耗一个元组；云服务器S1在执行SCMP运算时，也会消耗一个元组；消耗掉的元组短期内将不再使用，当元组的数量不足时，云服务器S0和云服务器S1在离线阶段分别对元组和元组进行补充；每一个元组由和组成，每一个元组由和组成，r1,r2,r3和r4均表示随机数，和分别表示r1,r2,-r1·r2,r3+r4,r4,0和1的加密值。
6.根据权利要求5所述的一种面向云计算数据安全的快速安全外包计算方法，其特征在于，在步骤3中，每个元组中的随机数满足以下性质：
7.根据权利要求6所述的一种面向云计算数据安全的快速安全外包计算方法，其特征在于，在步骤4中，SMUL运算过程包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种面向云计算数据安全的快速安全外包计算方法，其特征在于，在步骤4中，SCMP运算过程包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种面向云计算数据安全的快速安全外包计算方法，其特征在于，在步骤5中，所述解密算法Dec，其解密模型为：
...【技术特征摘要】
1.一种面向云计算数据安全的快速安全外包计算方法，其特征在于，该方法基于具有快速加密和解密能力的paillier加法部分同态加密算法设计了一种改进的fastpaitd门限密码系统，在paillier加法部分同态加密算法原有的模数n生成算法n generation、密钥生成算法keygen、加密算法enc和解密算法dec基础上，增加了部分解密算法pdec和门限解密算法tdec，从而允许两个不共谋的云服务器在没有私钥的情况下解密一个密文；
2.根据权利要求1所述的一种面向云计算数据安全的快速安全外包计算方法，其特征在于，在步骤1中，do执行以下操作：执行密钥生成算法keygen，初始化fastpaitd门限密码系统的公私钥对{pk,sk}，并将私钥sk分为两个部分密钥，即sk1和sk2；do将{pk,sk1}发送给云服务器s0，将{pk,sk2}发送给云服务器s1；
3.根据权利要求2所述的一种面向云计算数据安全的快速安全外包计算方法，其特征在于，在步骤2中，所述加密算法enc，其加密模型为：
4.根据权利要求3所述的一种面向云计算数据安全的快速安全外包计算方法，其特征在于，在步骤2中，隐私数据m∈[-2l,2l]，并且l是取值远小于n的比特长度；fastpaitd门限密码系统规定：当一个数据m小于0时，将其转换为...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵搏文，邓伟泉，裴庆祺，肖阳，吴志辉，
申请(专利权)人：西安电子科技大学广州研究院，
类型：发明
国别省市：
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