[發明專利]基于全同態加密的多候選人匿名電子投票方法

有效

• 申請號: 202110240530.3
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN113037461B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 馬文平;李杰
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00;H04L9/08;H04L9/32;H04L9/40
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;黎漢華

本發明公開了一種基于全同態加密的多候選人匿名電子投票方法，主要解決現有技術中同態操作的級聯深度小，造成當選民人數固定時計票出現錯誤，投票作廢，影響投票效率的問題。其實現方案為：可信第三方通過NTRU?Prime算法驗證選民身份，通過驗證后向選民分發全同態算法公鑰；所有選民構造特定選票矩陣，調用GSW?FHE算法加密選票矩陣，并將密文矩陣交給云服務提供商進行同態加法計算，得到投票結果密文矩陣；可信第三方調用解密算法，解密投票結果密文矩陣，得到投票結果明文矩陣，驗證明文矩陣合理性，得到所有候選人選票結果。本發明保證了同態操作的級聯深度，提高了投票的效率，可用于云環境下的多候選人匿名電子投票系統。

技術領域

本發明屬于云計算和信息安全領域，具體涉及一種多候選人匿名電子投票方法，可用于云環境下的基于可信第三方的匿名電子投票系統。

背景技術

隨著計算機和云計算技術的快速發展，電子投票作為云計算的一大應用，逐漸成為密碼學界研究的一大熱點。相比傳統的投票方式，電子投票以其計票的快捷準確、人力等開支的節省以及其良好的匿名性，最大程度上保證了選舉的公正、安全和高效。

全同態加密FHE是一種全新的加密形式，其允許在密文情況下對消息進行計算，在當前的云環境下具有很高的理論和研究價值，可被廣泛應用于電子投票、密文檢索、安全多方計算和云計算分析。

云計算是通過網絡提供可伸縮的廉價的分布式計算能力。當前，云計算服務已經深入到了各行各業，比如云存儲服務、數據挖掘服務等，其中最為廣泛應用的就是外包計算服務。其中，外包計算是指企業或者個人利用云計算資源為自己企業內部或個人服務的一種策略。對于資源受限的用戶來說，他們很難在有效時間完成對需求極高的資源配置的計算任務。在此情況下，云計算為這些用戶提供了另外一個選擇。

目前外包服務有多種，其中為用戶提供大型數學計算服務也是目前研究重點之一。自矩陣理論引入以來已成為數學發展中的一個重要分支，矩陣運算在科學工程、基因工程等領域處理大型有限維空間形式與數量關系時有著重要的作用，而大型矩陣運算往往需要擁有龐大的計算力。為了解決這個問題，研究人員對這一課題進行了諸多的研究。

2009年Gentry提出了基于理想格的全同態方案，其架構成為之后越來越多的全同態加密方案的基礎，如DGHV10、BV11a、BV11b、BGV12、GSW13同態加密方案均使用了Gentry提出的架構。2015年，Yasuda等人提出了一種用于安全的求解多個內積的新的加密方案，可以應用于安全的漢明距離和模式匹配的計算研究，但該方法僅對非常小的矩陣有效。

2016年，Hiromasa基于GSW-FHE方案提出了第一個基于矩陣的全同態加密技術Matrix GSW-FHE，該方案支持對矩陣加法和乘法的同態操作，對原GSW-FHE方案進行了擴展，優化了FHE方案的自舉過程。但該方案中，其密文空間維數過大，增加了通信復雜度和計算開銷。

2018年，Wang等人針對Hiromasa的方案進行了優化，雖然可將密文矩陣維數由(n+r)*(n+r)*logq減小到了(n+r)*r，但卻在相同參數下，使得同態操作的級聯深度變小，造成當選民人數固定時計票出現錯誤，投票作廢，影響投票的不足。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種基于全同態加密的多候選人匿名電子投票方法，以將GSW-FHE全同態加密方案的同態加法擴展到矩陣范圍，提高投票的效率。

為實現上述目的，本發明的技術方案包括如下：

(1)參與投票的選民(P₁,P₂,…,P_n)向可信第三方PKI發起身份驗證請求，可信第三方驗證選民的身份：若身份有效，則向選民分發全同態加密算法的公鑰A，否則，不于分發；