[發明專利]一種基于對抗式圖神經網絡結構的不可區分混淆器的設計方法

有效

• 申請號: 202011312121.1
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112511294B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 朱率率;韓益亮
• 申請（專利權）人: 中國人民武裝警察部隊工程大學
• 主分類號: H04L9/06
• 分類號: H04L9/06;G06N3/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明公開了一種基于對抗式圖神經網絡結構的不可區分混淆器的設計方法，包括：使用圖神經網絡處理輸入電路的混淆；使用圖枚舉的方法自動搜索等效電路，并進行等效電路的替換；使用依子電路階數抽樣的方法，對等效電路的位置進行隨機覆蓋；使用基于子電路的差分演化方法，對輸入電路進行演化混淆；使用對偶的對抗式圖神經網絡結構對差分演化結果進行區分和反饋，達到統計不可區分性。本發明的方法通過圖的自動演化技術和對抗結構，針對任意結構的計算電路，自動化構造具有相同電路功能的混淆電路，滿足統計上次優的不可區分性、通用性和功能保持性。

技術領域

本發明屬于計算機程序安全保護技術領域，涉及具體涉及一種基于對抗式圖神經網絡結構的不可區分混淆器的設計方法。

背景技術

不可區分混淆器(iO)是近年來密碼設計中的一個重要概念，最初由實現程序代碼的版權保護機制發展而來，達到保留代碼的功能而不泄露執行過程的目的。出于相似的目的，iO可以對密碼算法的功能和執行過程加密，以保護密碼算法的執行。從廣義上講，使用安全、高效的iO可以便捷的實現非對稱加密算法、身份基加密算法和各類密鑰封裝算法，使數據加密不再受限于密碼原語的選擇和密鑰的處理，如同Deffie-Hellman公鑰設計思想，iO有潛力引發下一次密碼算法設計的全面革新。iO如此強大的構造能力吸引了眾多密碼研究人員的關注。同時，經過十多年的研究，iO設計理論雖然呼之欲出，但在解決安全性、可靠性和實用性等關鍵問題上依然若隱若現，目前沒有一個令人滿意的結果。

iO在設計上兩個基本要求是實現運算功能的保持和電路的不可區分。實際上，有很多其它的密碼構造也可以實現這兩個基本要求；例如，混淆電路,函數加密等密碼原語，這些構造都可以實現對加密過程的保護，同時不影響程序的輸出正確性，在概念上與iO非常相似，事實上有許多工作專注于它們之間的相互構造，并取得了重要的成果。另一方面，iO理論與其它構造的一個明顯的區別是凌駕于電路、密鑰和輸入數據之上的通用性要求，目前這一點還無法很好的滿足。許多致力于算法保護的構造一般都要求算法的執行過程中，密鑰參與到加密部件的設計中，使得算法不再滿足柯克霍夫準則，因而失去了通用性。例如，使用混淆電路構造的AES加密算法，將密鑰等信息嵌入到S盒中，對加密過程重新做電路的等效替換。

首先，iO在電路混淆形式化的通用構造問題困擾了研究者很長時間。根據Barak等人對不可區分混淆的形式化定義，構造規模相同、功能相同，并通過嚴格證明不可區分的密碼結構是較難實現的。Garg等人首先利用多線性映射構造通用的iO，并將不可區分性規約到多線性映射困難問題上。Bitansky等人利用函數加密構造了新的iO方案，Lin等通過構造常數階維度的多線性映射構造新型的困難問題假設，在此基礎上構造了更簡潔的iO，提高了iO的效率。但目前多線性映射類密碼方案飽受攻擊，從而影響了其在iO構造中的應用；函數加密方案的構造基礎還沒有打牢，許多新型函數加密方案沒有被充分認可，用函數加密構造的iO也是僅停留在理論探索階段。

另外，通用iO實現的復雜性影響了iO理論的進一步應用。為了實現Barak等人定義的iO形式化語義安全，目前iO的所有構造方式均直接或間接的依托現有的密碼原語，從而將不可區分的困難性規約到已知的困難問題上。按照這樣的思路所構造的iO再用于進一步構造更高級密碼協議，將會使新的密碼協議在復雜程度、運行效率等方面的障礙而難以有效實現。

綜上，目前的不可區分混淆器在設計上面臨著通用性和電路功能保持不可兼得的矛盾，亟需一種新的基于對抗式圖神經網絡結構的不可區分混淆器的設計方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于對抗式圖神經網絡結構的不可區分混淆器的設計方法，以解決上述存在的一個或多個技術問題。本發明的方法通過圖的自動演化技術和對抗結構，針對任意結構的計算電路，自動化構造具有相同電路功能的混淆電路，滿足統計上次優的不可區分性、通用性和功能保持性；同時，本發明可大大簡化通用不可區分混淆器的結構，使其在安全性和可靠性方面得到更好的保證。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：