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在现今信息时代中,因特网的迅猛发展促使了许多网络信息处理技术的产生,其中应用最为广泛的就是协同计算。一般地,在网络协同计算中,各个计算参与方需要提供各自的秘密信息作为输入,然后通过某种计算规则产生输出。最后,各参与方获取该计算结果。在这种模式下,我们不能保证所有计算参与方都是诚实的,更不能保证不存在恶意参与方通过不遵守计算规则的行为来窃取或者篡改其他参与方秘密信息的情况。因此,为了保护各参与方的秘密信息不被恶意参与方窃取或者篡改,确保各参与方输入信息的完整性和保密性,保证计算输出的正确性和传递公平性,我们需要研究和实施安全多方计算技术。
安全多方计算问题首先是由著名密码学家姚期智教授以百万富翁问题的形式提出。姚期智教授提出解决百万富翁问题的解决方案被公认为安全多方计算问题的首次应用尝试。随后,安全多方计算被Goldreich、Micali和Wigderson等学者进行理论化和系统化地定义和描述。经过许多研究人员几十年的积极研究,安全多方计算领域已产生许多丰硕的成果。如今,安全多方计算是国际密码学界研究的重点方向和现代密码学的一个重要分支。作为许多密码技术的基本安全模块,安全多方计算在具有隐私保护的密钥管理、科学计算、网上投票、在线商务交易、电子选择、数据挖掘等应用方面有着广泛的实际需求。同时,使用安全多方计算技术来解决计算几何问题,并将其应用到各领域已经成为近年密码学上研究的热点之一。在网上经济交易活动飞速发展的大环境下,对该课题的研究不但具有理论意义,而且对保障我国今后网上金融事务安全发展有着重大的实践意义。
本文首先对安全多方计算的研究背景、意义、发展现状、定义概念和安全模型进行总体地阐述。其次,本文对密码学上常用的安全多方计算协议和工具进行介绍和概述。最后,本文主要针对如下几个方面进行研究与阐述:
(1)在半诚实模型下,调用百万富翁、点乘协议和Paillier加法同态加密机制作为子协议构造固定轮数的高效安全协议,以解决圆锥曲线上的点线安全计算问题,在模拟范例模型下证明其安全性,并分析其计算和通信复杂度。
(2)在恶意模型下,调用EIGamal乘法同态加密机制、不可展承诺方案、不可展非交互零知识证明,一次签名机制等安全技术构造固定轮数的安全协议,以解决不可展不经意伪随机函数计算问题,在模拟范例模型下证明其安全性,并分析其计算和通信复杂度。
(3)在恶意模型下,调用本文所构造的安全不经意伪随机函数计算协议来解决不经意传输和集合交并问题,在模拟范例模型下证明其安全性,并分析其计算和通信复杂度。