[發明專利]一種云計算中矩陣行列式的安全外包計算加密方法

在審

• 申請號: 201810297907.7
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108768622A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 劉祥;閆晟瑄;龐小澎;蘇浩;張燕
• 申請（專利權）人: 國網河南省電力公司新鄉供電公司;國家電網公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L9/06;H04L29/06
• 代理公司: 鄭州萬創知識產權代理有限公司 41135
• 代理人: 李伊寧

本發明公開了一種云計算中矩陣行列式的安全外包計算加密方法，利用矩陣行列式的恒等變換以及分塊矩陣的相關性質，提出了一種全新的矩陣行列式外包計算的加密方法，保證了矩陣中每一個數據元素的安全性以及運算結果的可驗證性；本發明由密鑰模塊、加密模塊、計算模塊、驗證模塊和解密模塊構成，其中密鑰模塊、加密模塊、驗證模塊和解密模塊設置在用戶本地客戶端，計算模塊設置在云端服務器上，將復雜計算在云端服務器上進行，降低了算法的時間復雜度，極大的提高了算法的效率。

技術領域

本發明涉及云計算安全領域，尤其涉及一種云計算中矩陣行列式的安全外 包計算加密方法。

背景技術

矩陣計算作為一種基礎的計算問題，在大型工程計算、天體物理研究、經濟 走勢研判、氣象環境預測、圖形圖像處理等領域有著十分廣泛的應用。從某種 程度上來說，矩陣運算特別是大型矩陣的運算能力直接影響著國家工業基礎建 設和國防事業的發展。然而對于大型矩陣而言，其運算又是一個十分耗時的任 務，往往需要付出極其昂貴的代價。

云計算的出現則為這一切帶來了福音，云計算作為一種商業化的服務模式， 其服務的實質就是將自己充足的設備資源進行外包，客戶通過委托計算的方式 將本地無法解決的耗時任務委托給擁有能力的云服務提供商，云服務提供商代 替用戶執行相關任務，并按照使用次數或者占用資源的大小收取一定的費用。

但是云計算在給用戶帶來諸多方便的同時也存在著巨大的安全隱患。隨著越 來越多的敏感數據通過外包的方式上傳至商業云平臺，云端在接收用戶數據的 同時也剝奪了用戶對數據的直接控制，從而就產生了隱私數據的安全性問題。 而矩陣的安全外包計算正是在這種背景下應用而生，它解決了用戶隱私數據及 其計算結果容易泄露或被惡意攻擊的問題，同時避免了冗雜的加密過程對運算 效率的影響，實現了加密方案的安全性和高效性。

目前廣泛存在的云計算中矩陣行列式安全外包計算加密方法主要有兩種： (1)根據矩陣行列式的恒等性質，將矩陣中的一行(列)分解成n個元素之和 的形式，矩陣中其它元素保持不變，對n個矩陣行列式分別進行外包加密計算。 該方案主要存在兩個問題，一方面云端服務器需要計算n個矩陣行列式增加了 計算成本，另一方面用戶無法實現對云端服務器返回計算結果的正確性進行驗 證。(2)利用加密方法對同一個矩陣分別進行兩次加密，然后將加密矩陣發送 至云端服務器分別進行計算，比較云端服務器兩次返回結果的一致性，如果兩 次返回結果相等，則認為云端服務器計算結果可信，否則拒絕云端服務器計算 結果。該方案雖然在一定程度上降低的云端服務器的計算代價，但是如果云端 服務器將兩次返回結果同乘一個相同的系數，錯誤的計算結果依然可以通過用 戶驗證，被用戶作為正確的結果接受。本文提出的計算方法，采用云端服務器 計算結果與用戶加密矩陣中相關元素進行一致性對比的方法，對云端服務器返 回結果的正確性進行驗證，保證了計算結果的正確性和云端服務器的高效性。

發明內容

本發明的目的是提供一種云計算中矩陣行列式的安全外包計算加密方法， 保證了矩陣中每一個數據元素的安全性以及運算結果的可驗證性，同時極大的 提高了算法的效率。

本發明采用下述技術方案：

一種云計算中矩陣行列式的安全外包計算加密方法，依次包括以下步驟：

A：本地客戶端讀取用戶輸入的數據并組成矩陣A：其中，矩陣A為n階方陣，n為正整數；

B：本地客戶端對矩陣A進行預處理，生成加密矩陣A₁″：