基于符號邊值二叉決策圖的安全兩方計(jì)算方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信息安全領(lǐng)域，具體涉及一種基于符號邊值二叉決策圖（Edge-Valued Binary Decision Diagram，EVBDD)的安全兩方計(jì)算方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 安全多方計(jì)算概念最早由華裔計(jì)算機(jī)科學(xué)家、圖靈獎獲得者姚啟智教授提出。姚 啟智通過"百萬富翁問題"對安全多方計(jì)算進(jìn)行了形象闡述，即如何通過安全協(xié)議，在保護(hù) 各自資產(chǎn)數(shù)量不為對方所知的前提下，計(jì)算出兩個百萬富翁誰更有富有。安全多方計(jì)算主 要用于研宄一組互不信任的參與方之間在保護(hù)私有信息的前提下進(jìn)行的聯(lián)合計(jì)算問題，其 基本要求是要確保計(jì)算的高效性、隱私性和正確性。
[0003] 隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展為安全多方計(jì)算創(chuàng)作了大量的應(yīng)用場景，即參 與者各方基于各自的輸入聯(lián)合完成一個計(jì)算任務(wù)。例如，顧客向遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫請求包含私密 信息的查詢、兩個存在競爭關(guān)系的公司通過網(wǎng)絡(luò)交換等價的商業(yè)信息等，存在信息交互的 場景都涉及安全多方計(jì)算。在信息化發(fā)展帶來便利的同時，數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)問題不斷 凸顯，并成為了制約多方聯(lián)合計(jì)算發(fā)展的最大障礙。由于這些信息交互很可能在沒有信息 關(guān)系的各方之間進(jìn)行，所以聯(lián)合計(jì)算的同時也給了各參與方帶來了很大的隱私安全隱患， 參與方的私有數(shù)據(jù)被暴露，有可能受到非法的跟蹤和篡改。
[0004] 安全多方計(jì)算的研宄主要集中在兩方計(jì)算，目前就安全兩方計(jì)算問題提出的解決 方法有：
[0005] (1)基于布爾電路方法：參與者的其中一方首先用電路門刻畫聯(lián)合函數(shù)，然后用 對稱加密的方法加密電路門。參與者的另一方執(zhí)行不經(jīng)意傳輸協(xié)議，獲得參與兩方的輸入 相對應(yīng)的密鑰，再結(jié)合接收到的混淆加密的電路門，解密出函數(shù)正確結(jié)果。
[0006] (2)基于OBDD方法：方法（2)在（1)的基礎(chǔ)上加入了符號算法以及同態(tài)加密技術(shù)， 加強(qiáng)了隱私保護(hù)，效率方面也得到很大提高。
[0007] (3)基于ADD方法：方法⑶與⑵的基礎(chǔ)上引進(jìn)了新的聯(lián)合函數(shù)刻畫工具，拓寬 了（2)的應(yīng)用范圍。
[0008] 上述方法（1)中存在一個安全漏洞，即聯(lián)合函數(shù)的規(guī)模及結(jié)構(gòu)處于公開狀態(tài)，有 可能受到非法攻擊和篡改，從而是參與方的私有信息泄漏。雖然方法（2)中修復(fù)了這個安 全漏洞并提高了效率，但方法（2)在引入符號OBDD的同時不得不限制了安全多方計(jì)算的應(yīng) 用范圍，因?yàn)镺BDD只能刻畫布爾函數(shù)，在偽布爾函數(shù)問題上則無能為力。方法（3)引入了 ADD，解決了（2)的應(yīng)用局限問題。ADD極大地改善了偽布爾函數(shù)和有限域取值函數(shù)的描述 能力。但隨著有限域中元素的增多，刻畫后的函數(shù)規(guī)模會急劇膨脹并面臨狀態(tài)空間爆炸問 題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于符號邊值二叉決策圖的安全兩方計(jì) 算方法和系統(tǒng)，其能夠在較高的算法效率下，安全的完成參與方對聯(lián)合任務(wù)的策略執(zhí)行功 能，同時還保證了聯(lián)合任務(wù)的安全策略以及計(jì)算過程中的加密數(shù)據(jù)不被泄漏。
[0010] 為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0011] -種基于符號邊值二叉決策圖的安全兩方計(jì)算方法，包括如下步驟：
[0012] 階段一，服務(wù)器構(gòu)建局部混淆子聯(lián)合函數(shù)階段，即
[0013] 步驟1，服務(wù)器隨機(jī)為結(jié)點(diǎn)生成隨機(jī)數(shù)，并對隨機(jī)數(shù)進(jìn)行混淆運(yùn)算后得到結(jié)點(diǎn)的混 淆隨機(jī)數(shù)；其中每個結(jié)點(diǎn)對應(yīng)生成一個局部混淆子聯(lián)合函數(shù)；
[0014] 步驟2,服務(wù)器將每個結(jié)點(diǎn)的局部混淆子聯(lián)合函數(shù)刻畫成邊值二叉決策圖；
[0015] 步驟3,服務(wù)器為邊值二叉決策圖中的各個節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分配節(jié)點(diǎn)取值密鑰、節(jié)點(diǎn)密鑰 和節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽，并用節(jié)點(diǎn)取值密鑰和節(jié)點(diǎn)密鑰為節(jié)點(diǎn)加密；
[0016] 步驟4,服務(wù)器為結(jié)點(diǎn)隨機(jī)分配結(jié)點(diǎn)標(biāo)簽；
[0017] 步驟5,服務(wù)器為結(jié)點(diǎn)隨機(jī)分配結(jié)點(diǎn)取值密鑰和結(jié)點(diǎn)密鑰，并用結(jié)點(diǎn)取值密鑰和結(jié) 點(diǎn)密鑰為結(jié)點(diǎn)加密后，依次發(fā)送給客戶端；
[0018] 階段二，服務(wù)器與客戶端的信息交互階段，即
[0019] 步驟6,客戶端生成一對公有密鑰和私有密鑰；用私有密鑰將服務(wù)器發(fā)送來的輸 入數(shù)據(jù)進(jìn)行加密后，依次發(fā)送給服務(wù)器；同時，將公有密鑰發(fā)送給服務(wù)器；
[0020] 步驟7,服務(wù)器用客戶端發(fā)送來的公有密鑰加密混淆隨機(jī)數(shù)，并加密混淆隨機(jī)數(shù)與 客戶端發(fā)來的加密后的輸入數(shù)據(jù)做加法后，發(fā)送給客戶端；
[0021] 步驟8,客戶端解密服務(wù)器發(fā)來的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行混淆運(yùn)算后得到混淆數(shù)據(jù)；
[0022] 階段三，客戶端的解密計(jì)算階段，即
[0023] 步驟9,客戶端從服務(wù)器處得到結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)取值密鑰和結(jié)點(diǎn)密鑰，及邊值二叉決策 圖內(nèi)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)取值密鑰和節(jié)點(diǎn)密鑰；并利用這些密鑰為結(jié)點(diǎn)進(jìn)行解密后，獲得結(jié)點(diǎn)信息。
[0024] 上述方法中，所述結(jié)點(diǎn)包括初始結(jié)點(diǎn)、內(nèi)部結(jié)點(diǎn)和葉子結(jié)點(diǎn)，但其中僅有內(nèi)部結(jié)點(diǎn) 能夠形成子聯(lián)合函數(shù)，且服務(wù)器也僅為內(nèi)部結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生混淆隨機(jī)數(shù)。
[0025] 上述方法中，步驟3中，還進(jìn)一步包括對邊值二叉決策圖中的虛節(jié)點(diǎn)進(jìn)行填充的 步驟。
[0026] 上述方法中，步驟1所采用的混淆運(yùn)算是對隨機(jī)數(shù)的2的比特?cái)?shù)倍次方取模后得 到混淆隨機(jī)數(shù)；步驟7中所采用的混淆運(yùn)算是對數(shù)據(jù)的2的比特?cái)?shù)倍次方取模后得到混淆 數(shù)據(jù)。
[0027] 上述方法中，步驟3中服務(wù)器為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加密的過程具體為：服務(wù)器利用混淆輸 入數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)閥值構(gòu)建布爾分支；若布爾值為1，則轉(zhuǎn)向下一個右分支局部混淆子聯(lián)合函 數(shù)，同時用取1時的節(jié)點(diǎn)取值密鑰加密該節(jié)點(diǎn)；若布爾值為0,則轉(zhuǎn)向下一個左分支局部混 淆子聯(lián)合函數(shù)，同時用取0時的節(jié)點(diǎn)取值密鑰加密該節(jié)點(diǎn)。
[0028] 基于上述方法的一種基于符號邊值二叉決策圖的安全兩方計(jì)算系統(tǒng)，其特征是， 包括加密單元、二選一不經(jīng)意傳輸單元和解密單元；其中
[0029] 加密單元，服務(wù)器構(gòu)建混淆聯(lián)合函數(shù)，并與客戶端進(jìn)行信息交互的主體單元；其包 括第一密鑰分配單元、隨機(jī)數(shù)生成器、符號刻畫單元以及服務(wù)器信息處理單元；第一密鑰分 配單元，用于為服務(wù)器生成所需的結(jié)點(diǎn)密鑰和取值密鑰；隨機(jī)數(shù)生成器，用于為服務(wù)器生成 標(biāo)簽以及用于生成混淆隨機(jī)數(shù)；符號刻畫單元，用于刻畫子聯(lián)合函數(shù)，即混淆子聯(lián)合函數(shù)； 服務(wù)器信息處理單元，用于結(jié)點(diǎn)密鑰分配，標(biāo)簽分配，為客戶端分配取值密鑰以及其它信息 交互等提供綜合處理服務(wù)；<