【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及信息安全，尤其涉及一種基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、隨著醫(yī)療、教育和金融等重要領(lǐng)域正迅速向信息化、數(shù)字化及智能化邁進(jìn)，云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)以及人工智能等尖端信息技術(shù)已深度融入日常工作與生活中。越來(lái)越多的企業(yè)和個(gè)人數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和傳輸，保護(hù)敏感數(shù)據(jù)免受威脅變得日益關(guān)鍵。
2、全同態(tài)加密（fully?homomorphic?encryption）是隱私計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)之一，它不需訪問(wèn)私鑰，就能夠?qū)γ軕B(tài)數(shù)據(jù)執(zhí)行任意計(jì)算。目前，廣泛采用的全同態(tài)加密方案可以劃分為兩大類：層次型全同態(tài)加密和自舉型全同態(tài)加密。層次型全同態(tài)加密包括bgv、bfv和ckks方案，而自舉型全同態(tài)加密則包括fhew和tfhe方案。這些方案都依賴于(r)lwe困難假設(shè)，并通過(guò)在密文中引入噪聲來(lái)防止代數(shù)攻擊。然而，隨著計(jì)算過(guò)程的進(jìn)行，噪聲會(huì)逐漸累積，最終可能導(dǎo)致解密錯(cuò)誤。自舉型全同態(tài)加密方案利用自舉技術(shù)來(lái)清理噪聲，其吞吐率較低，不適合處理大規(guī)模數(shù)據(jù)的場(chǎng)景。層次型全同態(tài)加密使用rlwe公鑰加密算法，并通過(guò)模數(shù)切換來(lái)控制噪聲增長(zhǎng)。一個(gè)重要特征是層次型全同態(tài)加密支持simd范式的同態(tài)運(yùn)算，可以將多個(gè)數(shù)據(jù)打包在單個(gè)密文中，只需對(duì)于這個(gè)密文執(zhí)行單次同態(tài)操作，就實(shí)現(xiàn)了其加密的多個(gè)數(shù)據(jù)的并行運(yùn)算。
3、目前全同態(tài)排序算法依然效率較低，對(duì)不同計(jì)算任務(wù)設(shè)計(jì)專用的同態(tài)算法是重要的研究課題。排序算法是計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中至關(guān)重要的一類算法，它允許軟件工程師對(duì)數(shù)據(jù)集合進(jìn)行有序排列，從而優(yōu)化數(shù)據(jù)檢索和管理的效率。在實(shí)際應(yīng)用中，諸
4、因此，現(xiàn)在亟需一種基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法及系統(tǒng)來(lái)解決上述問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本專利技術(shù)提供一種基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法及系統(tǒng)。
2、本專利技術(shù)提供一種基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法，包括：
3、通過(guò)安全參數(shù)生成公共參數(shù)、公鑰與私鑰，并發(fā)布所述公共參數(shù)與所述公鑰；
4、基于所述私鑰，將明文數(shù)組編碼并打包加密到若干個(gè)密文，并發(fā)布所述密文，以供服務(wù)器基于所述公共參數(shù)與所述公鑰，對(duì)所述明文數(shù)組的密文執(zhí)行同態(tài)比較，得到所述明文數(shù)組的比較矩陣的密文；
5、基于所述公共參數(shù)與所述公鑰，根據(jù)所述比較矩陣對(duì)所述明文數(shù)組進(jìn)行同態(tài)排序，得到有序數(shù)組的密文；
6、基于所述私鑰，將所述有序數(shù)組的密文解密并譯碼得到明文計(jì)算結(jié)果。
7、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法，所述明文數(shù)組為，長(zhǎng)度是，每個(gè)整數(shù)比特，滿足和，其中，是明文槽數(shù)量，是明文槽維度；
8、所述將明文數(shù)組編碼并打包加密到若干個(gè)密文，包括：
9、對(duì)所述明文數(shù)組中每個(gè)整數(shù)進(jìn)行二進(jìn)制分解：；
10、以垂直方式進(jìn)行打包加密，計(jì)算出，以輸出密文。
11、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法，所述方法還包括：
12、進(jìn)行比較矩陣構(gòu)造方法，具體包括：
13、輸入加密數(shù)組的密文，利用掩碼技術(shù)和明文槽旋轉(zhuǎn)技術(shù)，計(jì)算出密文：
14、
15、其中，，分別加密數(shù)組的循環(huán)旋轉(zhuǎn)；
16、利用掩碼技術(shù)和明文槽旋轉(zhuǎn)技術(shù)，將個(gè)密文打包到單個(gè)密文中，并把廣播復(fù)制次；
17、利用并行前綴同態(tài)比較算法，計(jì)算出打包的和的比較結(jié)果，獲得的密文，并將比較結(jié)果以對(duì)角線方式組成比較矩陣的一半元素；
18、利用明文槽旋轉(zhuǎn)技術(shù)，復(fù)制出剩余一半元素的密文，輸出比較矩陣的打包密文。
19、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法，所述并行前綴同態(tài)比較算法，包括：
20、輸入第一操作數(shù)的密文，第二操作數(shù)的密文，計(jì)算初始信號(hào)的密文，，以及；
21、定義信號(hào)為二元組，對(duì)應(yīng)的歸并運(yùn)算為：
22、
23、基于二叉樹(shù)算法執(zhí)行信號(hào)的歸并運(yùn)算，同態(tài)計(jì)算得到；
24、計(jì)算，輸出得到密文，對(duì)應(yīng)明文為和的比較結(jié)果。
25、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法，所述方法還包括：
26、基于指數(shù)編碼的排序，所述基于指數(shù)編碼的排序具體包括：
27、輸入加密數(shù)組的密文，利用所述比較矩陣構(gòu)造方法，計(jì)算出比較矩陣各個(gè)對(duì)角線的密文，對(duì)應(yīng)明文；
28、將比較矩陣的元素編碼到指數(shù)上，
29、；
30、使用simd范式計(jì)算連乘積，得到密文：
31、；
32、其中，是整數(shù)的排序次序；
33、將密文和密文相乘，具體為：
34、；
35、基于明文槽旋轉(zhuǎn)技術(shù)，使用折半累加算法，將各個(gè)明文槽的內(nèi)容合并，獲得密文：
36、
37、輸出密文數(shù)組，對(duì)應(yīng)的明文槽加密了多項(xiàng)式的二進(jìn)制分解，多項(xiàng)式在標(biāo)準(zhǔn)基下的系數(shù)為原始明文數(shù)組的有序排列。
38、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法，所述方法還包括：
39、進(jìn)行多項(xiàng)式系數(shù)提取，其中，多項(xiàng)式系數(shù)提取的算法包括：
40、輸入密文，對(duì)應(yīng)明文為多項(xiàng)式；
41、計(jì)算各個(gè)投影函數(shù)對(duì)應(yīng)的線性組合系數(shù)；
42、計(jì)算密文在不同frobenius映射下的結(jié)果；
43、按照各個(gè)投影函數(shù)的系數(shù)，線性組合出投影結(jié)果的密文；
44、利用明文槽旋轉(zhuǎn)技術(shù)，將所述的密文打包為；
45、輸出得到密文，對(duì)應(yīng)明文為有序數(shù)組。
46、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法，所述方法還包括：
47、采用bgv層次型全同態(tài)加密方式，定義次分圓整數(shù)環(huán)，所述bgv層次型全同態(tài)加密方式中的明文空間為商環(huán)，其中，為次分圓多項(xiàng)式，為素?cái)?shù)；
48、基于ring-lwe假設(shè)，對(duì)稱版本的bgv密文為，其中，是密文模數(shù)，分別是秘密和噪聲，是明文，解密算法為，噪聲范數(shù)的上界為。
49、本專利技術(shù)還提供一種基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序系統(tǒng)，包括：
50、參數(shù)生成模塊，用于通過(guò)安全參數(shù)生成公共參數(shù)、公鑰與私鑰，并發(fā)布所述公共參數(shù)與所述公鑰；
51、同態(tài)比較模塊，用于基本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法，其特征在于，所述明文數(shù)組為，長(zhǎng)度是，每個(gè)整數(shù)比特，滿足和，其中，是為明文槽數(shù)量，是為明文槽維度；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法，其特征在于，所述方法還包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法，其特征在于，所述并行前綴同態(tài)比較算法，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法，其特征在于，所述方法還包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法，其特征在于，所述方法還包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法，其特征在于，所述方法還包括：
8.一種基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序系統(tǒng)，其特征在于，包括：
9.一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所
10.一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法，其特征在于，所述明文數(shù)組為，長(zhǎng)度是，每個(gè)整數(shù)比特，滿足和，其中，是為明文槽數(shù)量，是為明文槽維度；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法，其特征在于，所述方法還包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法，其特征在于，所述并行前綴同態(tài)比較算法，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并行排序方法，其特征在于，所述方法還包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于全同態(tài)加密的密態(tài)數(shù)據(jù)并...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王麗萍，王慶峰，徐妍，黃元飛，高強(qiáng)，張曉娜，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院信息工程研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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