成完整的密钥其计算复杂度为! 随着用户属性集的增加用户方的计算开销也大大增加文献提出一种新的 0$ 方案其主题思想与 / 大体相同用户私钥由密钥生成中心 "1 和云服务器之间通过安全两方计算的形式进行交互生成为解决密钥托管问题该方案添加个性化元素和 4 不同于传统 0$ 密钥形式

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颤榕房
5 years ago
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1 第卷第期计算机工程年月! 安全技术文章编号文献标志码中图分类号基于安全三方计算的密文策略加密方案谭跃生鲁黎明王静宇内蒙古科技大学信息工程学院内蒙古包头摘要针对现有密文策略属性加密方案存在用户密钥易泄露的问题提出一种基于安全三方计算协议的密文策略方案通过属性授权中心云数据存储中心及用户之间进行安全三方计算构建无代理密钥发布协议使用户端拥有生成完整密钥所必需的子密钥安全分析表明该方案能够有效消除单密钥生成中心及用户密钥在传输给用户过程中易泄露所带来的威胁增强用户密钥的安全性关键词属性加密信息安全安全三方计算访问控制密文策略中文引用格式谭跃生鲁黎明王静宇基于安全三方计算的密文策略加密方案计算机工程英文引用格式 #/, +1!/3!! /' /! 32&'&;! '!2 &&-"& &5'&'&&2'! 325 #/, +1! /) ),! /!$ )/ +"' /' / /2!! '2 /3 /3! '! / /3! /' /! $! '/8 * *, /! /3!2! '/ &// '/ / /! '2! /2!/!!/&/ //! // '! / 2! /! 2 /2! / / / /! /2!.&!,'" '!! /! /3! /01 5 概述年 / 和 + 提出基于模糊身份加密方案并提出基于属性加密的观点基于属性加密的方法因高效性动态性灵活性及隐私性等诸多优点被广泛研究文献提出基于属性加密的种策略基于密钥策略的属性加密 "! 0! '$!"0$ 和基于密文策略的属性加密 /30! ' $!0$ 文献构造具体的 0 $ 方案 0$ 方案能够实现细粒度的访问控制自提出以来被广泛研究并有许多新的改进方案被提出以提高其性能效率安全性及访问控制的细粒度得到广泛应用大多数 0$ 方案均使用单可信授权中心来管理和分发密钥但是其有能力单独生成私钥并解密密文这是密钥托管的固有缺陷文献将密钥的生成方分为部分两者通过一个安全两方计算协议生成不同的秘密密钥组件部分组件通过一次加法生成用户私钥解决密钥托管问题并且其私钥形式与传统 0$ 方案保持一致能够直接应用由于密钥托管问题现有 0$ 方案无法直接应用于云存储系统文献提出以多授权的方式将密钥生成中心划分成多个分布式半可信 " 来解决密钥托管问题其私钥生成形式与传统 0$ 方案保持一致能够直接应用于云存储系统该方案的缺点是用户方通过每个 " 为其生成的私钥参数生基金项目国家自然科学基金内蒙古自治区自然科学基金作者简介谭跃生男教授主研方向为信息安全高性能计算云计算大规模数据处理与挖掘鲁黎明硕士研究生王静宇副教授博士收稿日期修回日期 44

2 成完整的密钥其计算复杂度为! 随着用户属性集的增加用户方的计算开销也大大增加文献提出一种新的 0$ 方案其主题思想与 / 大体相同用户私钥由密钥生成中心 "1 和云服务器之间通过安全两方计算的形式进行交互生成为解决密钥托管问题该方案添加个性化元素和 4 不同于传统 0$ 密钥形式其生成个独立的子私钥但不能有效地融合到一起虽然在一定程度上达到消除密钥托管的目的但牺牲了其使用的广泛性若上述方案在将生成的各子密钥传输给用户时被窃取攻击者通过简单猜测计算及组合就能获得完整的用户密钥从而解密密文为此本文设计一种基于安全三方计算的无代理密钥生成方案 0 0$ 通过认证中心云数据存储中心 * 及用户, 之间进行安全三方计算构建无代理密钥发布协议使用户持有生成完整密钥所必需的子密钥预备知识双线性对定义设是个阶为大素数的乘法循环群 1 是群的生成元若满足以下性质则为一个双线性映射双线性对有非退化性 1 1 其中为的单位元可计算性对存在有效算法计算 1 1 拉格朗日插值定理定义设 + 为的次多项式若给定其个不同点 + 则能唯一确定对应的 + 值为 + + ' 定义拉格朗日系数为 4 中 ' ' ' 其访问策略定义设参与者集合为 " 若存在单调访问结构 * " 对若 * 且有 * 则称 * 为授权集合 * 为非授权集合安全两方乘法协议定义输入有一个实数 ; 有一个实数输出得到 ; 得到满足协议和 ; 约定一个实数使得次加法不可计算并进行以下步骤产生个随机实数 " 且 " 对每个 '" 产生一个随机整数并发送给 ; 其中 ' 另一个为随机数这样保证 ; 不知道和哪个是来自 ' 对所有的 ; 随机生成实数 & ' 并计算采用茫然传输协议! 取回计算 ' & ' ; 计算 ' ' & ' 使其满足 ' ' ' ' & ' & ' ' 基于安全三方计算的 3- 方案安全三方乘积计算模型安全三方计算协议是本文研究的基础其不仅能够解决基于属性加密方案的密钥托管问题同时还能有效提高用户密钥的安全性在安全两方乘积计算协议的基础上本文设计了一个安全三方协议输入 *, 各自拥有自己的秘密值输出使 *, 各自得到一个秘密返回值满足满足在协议完成后任意一方单独不能推知其余两方的输入输出信息任意两方联合不能推知第三方的输入输出信息安全三方计算协议要解决的具体问题描述为 * 及, 各拥有一个秘密值它们共同约定一个实数使得次加法不可计算在协议执行完成时 *, 各自得到一个秘密返回值满足其基本流程为和 * 分别使用和采用两方乘积协议使得到 4 * 得到 4 且满足 4 4 和, 分别使用 4 和 0 采用两方乘积协议使得到, 得到 4 且满足 4 4 * 和, 分别使用 4 和采用两方乘积协议使 * 得到, 得到 4 且满足 4 4, 计算 4 4 使获得的 * 获得的, 获得的满足

3 第卷第期谭跃生鲁黎明王静宇基于安全三方计算的密文策略加密方案无代理密钥发布协议设计本文设计一种基于安全三方计算的密钥发布协议其系统主密钥由及 * 各自的主密钥组成, 及 * 均作为参与方共同生成私钥 () 且, 持有计算完整 () 的私有子密钥该方案框架描述如下系统建立函数初始化系统生成全局安全参数为简洁起见下文省略了输出的全局安全参数 ) ) "!1 生成其私有的公私钥对 ) ) ) * ) * *"!1 * 生成其私有的公私钥对 ) * ) * "! ) "!, # 为用户, 认证后分配唯一秘密值 # 并利用秘密值 ) 与, 的秘密值 # 进行安全双方计算协议完成时得到 4, 得到 4 利用得到的计算结果计算出 () 发送给, "! ) "! * ) * 利用秘密值 ) 与 * 的 ) * 进行安全双计算协议完成时得到 * 得到 4 "!, #"! * 4, 利用秘密值 # 与 * 的 4 进行安全双计算协议完成时, 得到 4* 的到, 计算出 () / * 利用得到的计算结果计算出 () 并发送给, () # "!1 # ( 将 # 及用户属性集 ( 作为输入生成用户的属性私钥 () 并将其与 () 发送给, () "!) () # () () / (), 基于输入的各子密钥生成 () 33- 方案构造 00$ 方案基本构造流程如下初始化选取长度为的素数乘法循环群为的生成元散列函数 - 其中 - 全局安全参数 1- 密钥生成密钥生成阶段主要包括以下步骤 "!1 随机选取生成公私钥对 ) 1 ) 且. ) 其中 ) 作为系统公钥的一部分 ) 为的主密钥 *"!1 * 随机选取生成公私钥对 ) * 11 ) * "! ) "! * ) * 与 * 进行安全双方乘法计算获得 4* 获得 4 同时满足 44 与 * 各自的输入值和输出值彼此相互保密 "! 4"!, #4 与, # 进行安全双方乘法计算获得, 获得 4 同时满足 44 # 其中 # 为, 随机选取并满足与, 各自的输入值和输出值彼此相互保密计算 () 1 并发送给, "! * 4 "!, #*4 与, # 进行安全双方乘法计算 * 获得, 获得同时满足 4 # * 与, 各自的输入值和输出值彼此相互保密 * 计算 () * 1, 计算 4 及 (), 1, 持有独立于 * 的私有子密钥 (), 解决单可信授权中心及用户密钥易泄漏问题 () # "!1 # ( 为每个认证后的, 所拥有的属性随机选取 ' ' 计算 () # '( ' 1 - ' 4 ' 1 ' 并将其和 () * 发送给, () "!) () # () () / (), 获得其他各子密钥后计算完整的私钥 () 计算方式如下 () () () () / 1 '( ' 1 - ' 4 ' 1 ' 该方案生成的密钥形式与现有 0$ 方案完全相同可以直接应用于加密与解密其安全性和效率保持一致在解决单可信授权中心问题的同时有效地保证用户密钥的安全性加密! ) ) * 以系统公钥 ) ) * 明文及访问控制策略树作为输入生成加密后的密文加密算法利用访问控制策略树对消息进行加密该算法由上而下从根节点给中每个节点选取多项式 & 树中每个节点门限值与阶数的关系为从根节点开始随机选取并设置 & 随机选择其他节点来定义 & 对于全部的叶子节点 5 叶子节点集合 $ 为与树中叶节点! 相关联的属性通过计算在上生成的密文为! & 4 - $& 解密 *! () 输入为带有访问结构的密文及用户完整密钥 () 输出为明文解密过程是对一棵树进行递归运算其运算如下

4 { *! () & 1 11 & - & ( 其他其中为的叶子节点 $ 若为非叶子节点则对的所有孩子节点 6 计算 6 *! () 对于由孩子节点构成的大小为节点集合 ( 持续递归计算否则返回并计算 ( 11 & ( 11 & ( 11 & 4 6 ( 11 & 其中 (4 6 6( 若用户的属性集 ( 满足访问控制策略树即 ( 算法调用访问控制策略树的根节点值并进行如下运算 *! () 11 & 11 那么解密运算为! 安全性分析关于 *, 之间的安全三方计算交互过程本文要求一个恶意的 * 在进行交互式计算后只能获得自己对应的输出而无法获得其他关键信息与 * 进行交互式计算时双方只能获得各自对应输出而无法知晓彼此主密钥 ) * ) 的任何信息基于身份加密的匿名密钥发布协议是以保护隐私的方式获得解密密钥下文对上述安全要求的具体描述采用了其一些安全属性定义对于 * 的安全性对所有任意多项式时间 00 的时间敌手存在模拟器 * 存在可忽略的函数 0 ) * ) * *"!1 ) ) "!1 ' ' $ ) * ) * $ "! * ) * ' 0 ) * ) * *"!1 ) ) "!1 ' ' $ ) * ) * $ * ) * ) ' 其中 $ 为敌手保持的信息 "!1 作为获得输入值的协议本身不会向恶意的显示任何关键信息尤其是 * 的主密钥 ) * 模拟结果表明假定对手获得 ) * 的一部分信息即使其目的是为了保护 ) * 采用安全两方计算的安全定义它模拟了即使敌手给出 ) * 部分信息的情况下敌手仍然无法区分与其作用协议的是模拟器还是密钥生成方定义对于的安全性对所有 00 的时间敌手存在模拟器存在可忽略的函数 0 ) ) "!1 ' ' $ $ "! ) ' ' 0 ) ) "!1 ' ' $ $ ) 对于的安全性构造模拟器算法和 "!1 模拟对手的视角模拟结果表明在与恶意 * 进行交互时该协议没有向恶意的 * 显示, 子属性 ' 所对应的秘密值 ' 否则就违反了安全双方计算的安全性对于安全三方计算协议交互过程 * 及, 两两之间进行一次安全两方乘法计算对于与 * 在第节的第步! 第步中对每个 ' " * 猜对 ' 的概率为 5 如果 * 每次都猜对才能获知值那么就必须猜对次故其猜对的概率为而在协议开始时已经约定足够的大攻击者不具备无限计算能力取决于茫然传输协议的安全性因此 * 猜对的概率为在第步中仅知道 ' & ' 说明 ' 与 ' 的关系有个方程然而却有 & & "& 及这个未知量因此无法通过有效计算获知 * 的秘密值同理可证与,, 与 * 之间也无法通过有效计算获知对方的各自秘密值

5 第卷第期谭跃生鲁黎明王静宇基于安全三方计算的密文策略加密方案和 * 联合不能推出, 的信息和 * 是不共谋的若假定和 * 联合可得个常量 4 4 与, 信息相关联的个方程为此方程组有个未知量 4 4 但方程! 方程相加即为方程故上述方程组有无穷解说明和 * 联合不能推出, 的输入和输出信息和, 联合也不能推出 * 的信息和, 联合可以得出个常量与 * 相关联的个方程为此方程组有个未知量 4 但此方程组的个方程是相关的将式代入式得式 4 4 将式代入式得式 4 4 联合协议中的第步 4 4 得 4 4 由协议的第步知式恒成立即上述方程组式! 式有无穷解同理可证 * 与, 联合也不能推出的信息故, 或 * 单独不能推知其他两方的任何信息同时由任意两方联合其中 * 与不共谋也不可能推出第三方的任何信息结果表明基于安全三方计算的密钥发布协议是安全的效率分析本节对两方协议及本文三方协议进行复杂度分析同时对比本文方案与现有方案的效率安全两方乘法计算协议的计算复杂度为! 通信复杂度为轮复杂度为本文安全三方协议仅使用次安全两方乘积计算协议其中, 可以分别与和 * 同时发起安全两方计算协议故在, 处 & & "& ' 仅需随机生成一次即可而 & ' 也仅需计算一次, 在两方协 ' 议完成时需做一次加法计算 4 4 而与 * 之间的一次安全双方计算仅在系统初始化时运行一次即可故在后续每个, 访问时中不再执行安全两方乘法计算协议与本文安全三方协议的复杂度分析对比如表所示其中各复杂度均为线性复杂度表种协议复杂度分析对比协议计算复杂度通信复杂度轮复杂度安全两方乘法计算协议! 本文安全三方协议! 对于存储开销每个方案的差异在于密文长度密钥长度及公钥长度几种方案的数据长度对比如表所示其中 * 为中数据的长度 * 为中数据的长度 * 为访问控制树的长度为中出现的属性数为用户私钥中出现的属性数由表可知在各数据长度上本文方案与文献方案保持一致并优于文献方案表种方案数据长度对比方案密文私钥公钥密钥托管文献方案文献方案 * * * * * * 否 * * * * * * 否 * 文献方案 * * * 否 * * 本文方案 * * * * * * 否对用户密钥的存储和用户密钥的计算成本比较如表所示在表中本文主要测量了计算成本时间而不是实际的计算时间根据和中的配对取幂运算来分析计算成本其中在上的运算用 3) 表示其操作时间为在上的运算用 3) 表示其操作时间为由表可以看出本文方案在提高用户密钥安全性的同时计算成本基本保持一致表种方案计算成本对比方案 * "1, 3) 3) 3) 3) 3) 文献方案文献方案文献方案本文方案

6 为验证本文上述理论分析使用 ' 工具包和 0$ 0$!/! 来执行 00$ 方案对密钥托管进行模拟分析在系统上使用进行实验使用 ) 0, 1-8 和运行 & 的 1$ 的 0 系统为实现位的安全级别实验使用位的椭圆曲线组在位有限域上基于椭圆曲线实现根据和中的配对取幂运算来分析计算成本其中不涉及传输计算成本在时间结果中忽略哈希操作此外所有模拟的结果均为次实验的平均值该模拟中私钥的属性数为实验结果如图和图所示由图可知本文方案用户密钥的存储开销与文献方案相同优于文献方案图显示了密钥生成算法在不同属性个数的情况下用户根据自己属性集合生成用户私钥所需时间对比可以看出本文 0 0$ 方案在用户密钥的安全性和时间成本之间存在折中但优于文献方案图种方案用户密钥存储空间对比图种方案用户密钥生成所需时间对比结束语 0$ 方案能够单独生成完整私钥并解密密文但其大多数方案均使用单可信授权中心来管理和分发密钥这是密钥托管的固有缺陷虽然目前也有方案提出通过加入第三方来消除可信授权中心以解决密钥托管问题但密钥在传输给用户时易被窃取给用户带来困扰本文提出一种基于安全三方计算协议的密文策略方案在解决单密钥生成中心问题的同时消除现有方案用户私钥在传输过程中易泄露带来的威胁从而有效增强用户私钥的安全性本文方案在用户私钥的安全性和计算量上进行了折中下一步将对其计算量进行完善并用更多的数据集进行实验验证参考文献 -) + $688!! '! 550// ) /!!/ /4$1! 1(# 0*# ( -) ' '!! 550 / /! & #2, 0 $-(,-)+$/3! ''! 550 )!! 0! + / *,)! -1#+1 : ' 0 $ /!/ 550/ ) 1 + / *, )! -,*(1 " '' &/! ) 0 *'! + :1), *1 --$ // '' 3' ' ) ) 6! -,"(( *-+1 ( & /3! ''! / &/ 王静宇涂春岩谭跃生等一种无可信第三方的密文策略属性加密方案控制与决策 - " )9 *1 :!! / / / 6 :-( 9 :-1 # :-1 1 /3! ' '!! &/& / 魏晓超蒋瀚赵川一个高效可完全模拟的取茫然传输协议计算机研究与发展下转第页

7 结束语本文利用 9 码约束与混沌 1! 变换提出一种新的图像加密算法在加密过程中将包含明文所有信息的 9 码置于个随机相位掩码的输入平面通过利用由二维耦合混沌映射生成的个随机相位掩码以及个旋转角度基于两级 1! 变换将其强度分布视为最终密文以方便密钥的管理与传输在解密过程中将初始 9 码的三位置检测模式作为支撑约束条件改进相位检索算法提高其收敛速度并从密文中重构 9 码充分利用 9 码的纠错能力来提高密文在外来攻击下的解密质量实验结果验证了本文算法的合理性与优越性下一步将引入图像融合技术对本文算法进行改进以实现多图像同步加密并降低传输载荷参考文献 ((,:)$ ):",-")! / ' * 4 &2 宋鑫超苏庆堂赵永升内联时延混沌映射耦合 8 系统的图像加密算法计算机工程与设计汪彦涂立基于改进 8 混沌系统的图像加密新算法中南大学学报自然科学版 -). #1 " 1 : & / '! / &/! 2! / <,=(1,"<0-) )! / / ' $3 / 6 冯雪娇基于小波变换的图像加密算法的研究 * 哈尔滨哈尔滨理工大学宋利基于双随机相位编码的光学图像加密方法研究 * 成都电子科技大学 ),.)+*, -(! ' / / 6 ( - ), + &! / ' ' ( /! ), +), :),!!! '! / ' 3!# 1 / ( ),6)(. &! / ' / &/! 0 彭英杰陈豪颉多特征检测耦合混沌映射的红外图像加密算法计算机工程与设计,#0 )*, '! ' / & :-( 9 #, (! & 2! ' / / ( 肖宁李爱军基于圆谐分量展开与 1! 变换域相位检索的光学图像加密算法电子测量与仪器学报编辑吴云芳上接第页葛永若干安全多方数值计算基础协议的设计 * + / *,)0 合肥安徽大学 -,"(( *-+1 ( & *-)9 ' ' /3! ''! ' & / / &/ :-1 1),),# ''! 赵圣楠蒋瀚魏晓超等一个单服务器辅助的高效 / "1 550 取 2 茫然传输协议计算机研究与发展 // )! 0! 编辑司淼淼

自然科学版预处理视盘粗定位视盘垂直坐标的粗定位视盘水平坐标的粗定位

自然科学版预处理视盘粗定位视盘垂直坐标的粗定位视盘水平坐标的粗定位自然科学版文章编号视网膜图像中视盘的快速自动定位方法赵晓芳林土胜李碧摘要基于眼底视网膜血管的分布结构及视盘本身的特点提出一种快速自动定位视盘的方法首先根据视网膜血管的网络分布结构大致定位视盘的垂直坐标然后根据视盘的亮度信息及视盘与血管的关系来定位视盘的水平坐标最后把视盘限定在以粗定位的视盘为中心的一个小窗口内用变换精确定位视盘中心该方法不需要事先分割视网膜血管也不需要对算法进行训练