[發(fā)明專利]一種基于同態(tài)變色龍哈希的多服務器安全聚合系統(tǒng)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210853802.1
• 申請日: 2022-07-12
• 公開（公告）號: CN115021891A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設計）人: 于婧悅;卞超軼
• 申請（專利權(quán)）人: 啟明星辰信息技術(shù)集團股份有限公司;北京啟明星辰信息安全技術(shù)有限公司
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00;H04L9/06;H04L9/08;H04L9/40
• 代理公司: 北京科石知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11595
• 代理人: 徐紅崗

1.一種基于同態(tài)變色龍哈希的多服務器安全聚合系統(tǒng)，包括：客戶端，服務器，可信第三方及其負責維護的公告板，其中：

公告板，為各參與方的數(shù)據(jù)交互中介，所有參與方輸出的數(shù)據(jù)均上傳至公告板，并從公告板下載所需的數(shù)據(jù)；

可信第三方，用于完成同態(tài)變色龍哈希公共參數(shù)的生成并分發(fā)給所有參與方；

客戶端，用于生成同態(tài)變色龍隨機數(shù)，計算自己私有輸入的同態(tài)變色龍哈希值；并基于加法同態(tài)秘密共享，針對不同服務器分別生成自己私有輸入和同態(tài)變色龍隨機數(shù)的秘密共享份額，將二者經(jīng)公鑰加密生成密文，輸出密文和所述同態(tài)變色龍哈希值；

服務器，用于生成自己的公私鑰對并將公鑰公開；對收集到的密文解密，將各客戶端秘密共享份額進行秘密聚合，輸出聚合結(jié)果；

所述系統(tǒng)為公開可驗證，任何一方均可利用公告板上公布的聚合結(jié)果和所述同態(tài)變色龍哈希公共參數(shù)及同態(tài)變色龍哈希值，對聚合結(jié)果進行秘密重構(gòu)，并基于變色龍哈希函數(shù)的同態(tài)性對聚合結(jié)果進行驗證。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全聚合系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)包括運行于所述客戶端、服務器和可信第三方的密碼組件，所述密碼組件包括：

公鑰加密模塊，用于生成服務器的公私鑰對，對客戶端發(fā)送的消息進行加密，以及在服務器端進行解密；

加法同態(tài)秘密共享模塊，用于基于加法同態(tài)秘密共享，客戶端生成自己私有輸入和同態(tài)變色龍隨機數(shù)的秘密共享份額，并分發(fā)給服務器，在服務器端進行秘密聚合，以及對聚合結(jié)果進行秘密重構(gòu)；

同態(tài)變色龍哈希模塊，用于生成同態(tài)變色龍哈希公共參數(shù)和同態(tài)變色龍哈希值，以及基于變色龍哈希函數(shù)的同態(tài)性對聚合結(jié)果進行驗證。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全聚合系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)為非交互式。

4.一種可用于權(quán)利要求1-3中任一系統(tǒng)的基于同態(tài)變色龍哈希的多服務器安全聚合方法，包括以下步驟：

公共參數(shù)生成：可信第三方生成同態(tài)變色龍哈希的公共參數(shù)，分發(fā)給所有參與方；

密鑰生成：服務器生成自己的公私鑰對，并公布公鑰；

輸入共享生成：客戶端生成同態(tài)變色龍隨機數(shù)，計算自己私有輸入的同態(tài)變色龍哈希值；并基于加法同態(tài)秘密共享，針對不同服務器分別生成自己私有輸入和同態(tài)變色龍隨機數(shù)的秘密共享份額，二者經(jīng)公鑰加密生成密文，輸出密文和同態(tài)變色龍哈希值；

聚合：服務器解密收到的密文，對收到的各客戶端秘密共享份額進行秘密聚合，輸出聚合結(jié)果；

驗證：任何一方利用公告板上公布的聚合結(jié)果和所述同態(tài)變色龍哈希公共參數(shù)及同態(tài)變色龍哈希值，對聚合結(jié)果進行秘密重構(gòu)，并基于變色龍哈希函數(shù)的同態(tài)性對聚合結(jié)果進行驗證；

其中，所有參與方輸出的數(shù)據(jù)均輸出至公告板并從公告板下載所需的數(shù)據(jù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多服務器安全聚合方法，其特征在于，還包括將客戶端的私有輸入?yún)?shù)打包為一個單獨的大整數(shù)的步驟。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多服務器安全聚合方法，其特征在于，采用RSA公鑰加密算法進行公私鑰對生成、公鑰加密和密文解密。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多服務器安全聚合方法，其特征在于，所述加法同態(tài)秘密共享采用Shamir秘密分享方法，用于生成秘密共享份額，秘密聚合，以及聚合結(jié)果的秘密重構(gòu)。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多服務器安全聚合方法，其特征在于，采用基于離散對數(shù)假設的Pedersen vector commitment方案填充的同態(tài)變色龍哈希算法進行聚合驗證信息的生成及聚合結(jié)果的驗證，具體包括：

公共參數(shù)生成：CH.Gen(1^κ)→(CHpp＝(p，G，g，h)，TD＝α)，其中，1^κ為安全參數(shù)；CHpp為公共參數(shù)；TD為陷門；g為一個階為p的循環(huán)群的生成元；h為群元素，是模p的整數(shù)集合；

哈希值計算：CH.Hash((p，G，g，h)，x，r)→(ch＝g^xh^r)，其中，ch為哈希值，x為待哈希的消息；r為隨機數(shù)，

所述哈希算法還滿足：對于任意給定的x和x′，對于任意的r可以找到r’＝(x-x′+αr)/α滿足：CH.Hash(CHpp，x，r)＝CH.Hash(CHpp，x′，r′)；以及：

CH.Hash(CHpp，x₁+x₂，r₁+r₂)＝CH.Hash(CHpp，x₁，r₁)·CH.Hash(CHpp，x₂，r₂)

對于聚合結(jié)果，則驗證CH.Hash(CHpp，y，r)＝Π_i∈[1，n]ch_i是否成立，其中y，r為聚合結(jié)果，n為客戶端數(shù)量。