下面介紹的是計(jì)算機(jī)專業(yè)論文范例安全計(jì)算理論，希望對(duì)您有所幫助！

1 引言

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

本文首先介紹安全多方計(jì)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(jìn)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(lái)的研究成果,從存在的問(wèn)題入手探討其研究熱點(diǎn)。

2 基本概念和數(shù)學(xué)模型

考慮這樣一個(gè)問(wèn)題,一組參與者,他們之間互不信任,但是他們希望計(jì)算一個(gè)約定函數(shù)時(shí)都能得到正確的結(jié)果,同時(shí)每個(gè)參與者的輸入是保密的,這就是安全多方計(jì)算問(wèn)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(jì)算這個(gè)約定函數(shù)后,將結(jié)果廣播給每個(gè)參與者,上述問(wèn)題得以解決。但是事實(shí)上,很難讓所有參與者都信任TTP。因此,安全多方計(jì)算的研究主要是針對(duì)無(wú)TTP情況下,如何安全計(jì)算一個(gè)約定函數(shù)的問(wèn)題。

通俗地說(shuō),安全多方計(jì)算是指在一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)中,多個(gè)用戶各自持有一個(gè)秘密輸入,他們希望共同完成對(duì)某個(gè)函數(shù)的計(jì)算,而要求每個(gè)用戶除計(jì)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(jì)算簡(jiǎn)單地概括成如下數(shù)學(xué)模型:在一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)中,有n個(gè)互不信任的參與者P1,P2,...Pn,每個(gè)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(jì)算過(guò)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(jiǎn)單表示為F:(x1,x2,...,xn)→y。

3 安全多方計(jì)算理論的特點(diǎn)

安全多方計(jì)算理論主要研究參與者的隱私信息保護(hù)問(wèn)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(shí),也不同于傳統(tǒng)的分布式計(jì)算,有其獨(dú)有的特點(diǎn)。

3.1 安全多方計(jì)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(jì)算的一個(gè)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(guò)交互或者非交互操作來(lái)完成某一任務(wù)(計(jì)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(jì)算函數(shù)不一樣,如電子拍賣(mài)是計(jì)算出所有參與者輸入的最大值或最小值,而門(mén)限簽名是計(jì)算出一個(gè)正確簽名。

3.2 安全多方計(jì)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(wèn)題。一般來(lái)說(shuō),一個(gè)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(tīng)者)竊聽(tīng),通信雙方希望交換信息,并且信息盡可能不被竊聽(tīng)者知道。因此,加密機(jī)制就是將信息進(jìn)行變換,在信息傳送過(guò)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(jì)算研究的是系統(tǒng)內(nèi)部各參與方在協(xié)作計(jì)算時(shí)如何對(duì)各自的隱私數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù),也就是說(shuō)安全多方計(jì)算考慮的是系統(tǒng)內(nèi)部各參與方之間的安全性問(wèn)題。

3.3 安全多方計(jì)算也不同于傳統(tǒng)的分布式計(jì)算

分布式計(jì)算在計(jì)算過(guò)程中必須有一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者(Leader)來(lái)協(xié)調(diào)各用戶的計(jì)算進(jìn)程,當(dāng)系統(tǒng)崩潰時(shí)首要的工作也是選舉Leader;而在安全多方計(jì)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(jì)算拓展了傳統(tǒng)的分布式計(jì)算以及信息安全的范疇,為網(wǎng)絡(luò)計(jì)算提供了一種新的計(jì)算模式,也為數(shù)據(jù)保護(hù)建立了一種安全策略,并開(kāi)辟了信息安全新的應(yīng)用領(lǐng)域。

4 安全多方計(jì)算理論的應(yīng)用領(lǐng)域

目前的應(yīng)用主要在電子選舉、門(mén)限簽名、電子拍賣(mài)、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(jì)算的典型應(yīng)用,也得到研究者們的廣泛重視。將一個(gè)安全多方計(jì)算協(xié)議具體應(yīng)用到電子選舉工作中,設(shè)計(jì)出的電子選舉協(xié)議可滿足幾個(gè)功能:計(jì)票的完整性、投票過(guò)程的魯棒性、選票內(nèi)容的保密性、不可復(fù)用性和可證實(shí)性。

4.2 門(mén)限簽名

門(mén)限簽名是最為熟知的一個(gè)安全多方計(jì)算的例子,研究門(mén)限簽名的文獻(xiàn)很多,目前也比較成熟。應(yīng)用安全多方計(jì)算理論的門(mén)限簽名能夠很好地解決這個(gè)問(wèn)題,門(mén)限簽名有兩個(gè)好處:一是主密鑰不是放在一個(gè)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(huì)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。