隐私保护的可验证外包计算方案研究

The computing power of users and service provider become more and more unequal and how to outsource the computation safely and effectively has attracted widespread attention with the advent of the era of cloud computing and big data. This project focuses on the problem of data leakage and untrusted computing result in the outsourcing computing schemes, proposes the verifiable outsourcing computing schemes with privacy protection including the outsourcing schemes for specific algorithms and the general ones for all algorithms. In these schemes, the user can verify the correctness of the outsourcing result effectively, and they realize the privacy of personal data simultaneously. The main research contents include proposing the outsourcing schemes of cryptographic algorithms which can be verified completely, such as modular exponentiation, polynomial evaluation, and elliptic curve pairing and so on. We also realize the privacy and verifiability of the outsourcing algorithms in public key cryptosystems, including the algorithms for private key generation and revocation in an identity-based encryption scheme, and the algorithms for decryption and signature in an attributed-based cryptographic scheme. Finally, we present verifiable outsourcing computing schemes without fully homomorphic encryption in order to decrease the computation and communication cost for the user. We also expand the input of the outsourced function from one to more. This project can improve security and efficiency of current outsourcing service, and expand the function and mode of outsourcing service. Therefore, it has important social significance and broad application prospects.

随着云计算和大数据时代的到来，用户与服务提供者计算能力不对等的现象愈加突出，如何安全有效地进行外包计算引起了人们的广泛关注。本项目关注外包计算中可能存在的数据泄露和计算结果不可信的问题，研究隐私保护的可验证外包计算方案，包括特定算法的外包计算和适用于所有算法的通用方案，用户能有效验证外包结果的正确性，并实现个人数据的保密性。主要研究内容有：提出可完全验证的密码算法外包方案，包括模指数运算、多项式计算及椭圆曲线上的配对运算等；实现公钥密码方案中外包算法的可验证性和保密性，包括基于身份加密方案中的私钥生成和用户删除算法，以及基于属性密码方案中的解密和签名算法；不使用全同态加密，提出实用的可验证外包计算通用方案，降低用户的计算和通信代价，并将计算函数的输入由单个拓展到多个。本项研究可提升现有外包服务的性能及安全性，拓宽外包服务的功能和模式，具有重要的社会意义和广阔的应用前景。

外包计算可以解决用户与服务提供者计算能力不对等的问题，是目前信息安全领域的一个研究热点。本项目关注外包计算中可能存在的数据泄露和计算结果不可信的问题，研究隐私保护的可验证外包计算方案，包括特定算法的外包计算和适用于所有算法的通用方案，用户能有效验证外包结果的正确性，并实现个人数据的保密性。. 项目的主要研究内容包括：1）针对常用的密码运算，如模指数运算、双线性对运算、矩阵运算等提出了安全高效的外包算法，用户可以对外包结果进行完全验证。2）对公钥密码方案中计算复杂的算法，如私钥生成、删除用户、基于属性签名等提出了外包方案，所提方案均在安全模型中可证安全，同时实现数据的保密性和外包结果的可验证性。3）对外包计算的通用方案，提出了高效的零知识证明方案，降低了交互次数，提高了通信效率。4）提出了大规模数字图像的共生矩阵和直方图特征的外包提取算法，同时实现原始图像的保密性和外包结果的正确性，并大幅降低了用户的计算代价。5）研究安全的区块链方案，基于空间证明共识机制，提出隐私保护的可修改区块链方案。. 本项目共发表和录用学术论文26篇，其中SCI检索16篇，EI检索10篇，包括IEEE Trans论文2篇，CCF-B及二区以上论文10篇；荣获2018年党政机要密码科技进步奖三等奖，排名第4；申请发明专利4项；培养博士研究生2名，均已毕业；培养硕士研究生10名，已毕业8名。