下面介紹的是計算機專業(yè)論文范例安全計算理論，希望對您有所幫助！

1 引言

安全多方計算(Secure Mutiparty Computation,SMC)是解決在一個互不信任的多用戶網(wǎng)絡(luò)中,兩個或多個用戶能夠在不泄漏各自私有輸入信息時,協(xié)同合作執(zhí)行某項計算任務(wù)的問題。它在密碼學(xué)中擁有相當(dāng)重要的地位,是電子選舉、門限簽名以及電子拍賣等諸多應(yīng)用得以實施的密碼學(xué)基礎(chǔ)。

本文首先介紹安全多方計算理論的相關(guān)概念和數(shù)學(xué)模型,分析它與密碼學(xué)的關(guān)系,進一步指出它的應(yīng)用領(lǐng)域,然后綜述其基本協(xié)議和近年來的研究成果,從存在的問題入手探討其研究熱點。

2 基本概念和數(shù)學(xué)模型

考慮這樣一個問題,一組參與者,他們之間互不信任,但是他們希望計算一個約定函數(shù)時都能得到正確的結(jié)果,同時每個參與者的輸入是保密的,這就是安全多方計算問題。

如果有可信第三方(Trusted Third Party,TTP),參與者只需將自己的輸入保密傳輸給TTP,由TTP計算這個約定函數(shù)后,將結(jié)果廣播給每個參與者,上述問題得以解決。但是事實上,很難讓所有參與者都信任TTP。因此,安全多方計算的研究主要是針對無TTP情況下,如何安全計算一個約定函數(shù)的問題。

通俗地說,安全多方計算是指在一個分布式網(wǎng)絡(luò)中,多個用戶各自持有一個秘密輸入,他們希望共同完成對某個函數(shù)的計算,而要求每個用戶除計算結(jié)果外均不能夠得到其他用戶的任何輸入信息。

可以將安全多方計算簡單地概括成如下數(shù)學(xué)模型:在一個分布式網(wǎng)絡(luò)中,有n個互不信任的參與者P1,P2,...Pn,每個參與者Pi秘密輸入xi,他們需要共同執(zhí)行函數(shù)

F:(x1,x2,...,xn)→(y1,y2,...,yn)

其中yi為Pi得到的相應(yīng)輸出。在函數(shù)F的計算過程中,要求任意參與者Pi除yi外,均不能夠得到其他參與者Pj(j≠i)的任何輸入信息。

由于在大多數(shù)情況下y1=y2=...=yn,因此,我們可以將函數(shù)簡單表示為F:(x1,x2,...,xn)→y。

3 安全多方計算理論的特點

安全多方計算理論主要研究參與者的隱私信息保護問題,它與傳統(tǒng)的密碼學(xué)有著緊密的聯(lián)系,但又不等同。同時,也不同于傳統(tǒng)的分布式計算,有其獨有的特點。

3.1 安全多方計算是許多密碼協(xié)議的基礎(chǔ)

從廣義上講,多方參與的密碼協(xié)議是安全多方計算的一個特例。這些密碼協(xié)議可以看成是一組參與者之間存在著各種各樣的信任關(guān)系(最弱的信任關(guān)系就是互不信任),他們通過交互或者非交互操作來完成某一任務(wù)(計算約定函數(shù))。這些密碼協(xié)議的不同之處在于協(xié)議的計算函數(shù)不一樣,如電子拍賣是計算出所有參與者輸入的最大值或最小值,而門限簽名是計算出一個正確簽名。

3.2 安全多方計算不同于傳統(tǒng)的密碼學(xué)

密碼學(xué)研究的是在不安全的媒體上提供安全通信的問題。一般來說,一個加密系統(tǒng)由某一信道上通信的雙方組成,此信道可能被攻擊者(竊聽者)竊聽,通信雙方希望交換信息,并且信息盡可能不被竊聽者知道。因此,加密機制就是將信息進行變換,在信息傳送過程中防止信息的篡改和泄漏,目的是系統(tǒng)內(nèi)部阻止系統(tǒng)外部的攻擊。

而安全多方計算研究的是系統(tǒng)內(nèi)部各參與方在協(xié)作計算時如何對各自的隱私數(shù)據(jù)進行保護,也就是說安全多方計算考慮的是系統(tǒng)內(nèi)部各參與方之間的安全性問題。

3.3 安全多方計算也不同于傳統(tǒng)的分布式計算

分布式計算在計算過程中必須有一個領(lǐng)導(dǎo)者(Leader)來協(xié)調(diào)各用戶的計算進程,當(dāng)系統(tǒng)崩潰時首要的工作也是選舉Leader;而在安全多方計算中各參與方的地位是平等的,不存在任何有特權(quán)的參與方或第三方。

因此,安全多方計算拓展了傳統(tǒng)的分布式計算以及信息安全的范疇,為網(wǎng)絡(luò)計算提供了一種新的計算模式,也為數(shù)據(jù)保護建立了一種安全策略,并開辟了信息安全新的應(yīng)用領(lǐng)域。

4 安全多方計算理論的應(yīng)用領(lǐng)域

目前的應(yīng)用主要在電子選舉、門限簽名、電子拍賣、聯(lián)合數(shù)據(jù)查詢和私有信息安全查詢等方面。

4.1 電子選舉

電子選舉協(xié)議是安全多方計算的典型應(yīng)用,也得到研究者們的廣泛重視。將一個安全多方計算協(xié)議具體應(yīng)用到電子選舉工作中,設(shè)計出的電子選舉協(xié)議可滿足幾個功能:計票的完整性、投票過程的魯棒性、選票內(nèi)容的保密性、不可復(fù)用性和可證實性。

4.2 門限簽名

門限簽名是最為熟知的一個安全多方計算的例子,研究門限簽名的文獻很多,目前也比較成熟。應(yīng)用安全多方計算理論的門限簽名能夠很好地解決這個問題,門限簽名有兩個好處:一是主密鑰不是放在一個地方,而是在一群服務(wù)器中分享,即使其中某些服務(wù)器被攻破,也不會泄露主密鑰;二是即使某些服務(wù)器受到攻擊,不能履行簽名的任務(wù),其他的服務(wù)器還可以繼續(xù)保持CA的功能,完成簽名任務(wù)。這樣CA的安全性可以得到大大提高。