Transcipher:从对称加密到同态加密

摘要

本文介绍了Transcipher的概念。在Transcipher的框架下,用户使用高效的对称加密,对自己的数据进行加密,然后将密文和私钥的同态加密密文传输给服务器。服务器进行同态解密,得到用户数据同态加密的密文。Transcipher通过将计算开销移到服务端,降低了用户的加密开销和密文传输的开销,对于提升用户-服务器模型的同态加密应用具有重要的意义。近些年,在密码学三大会议都有相应的论文。

动机

同态加密(Homomorphic Encryption, HE)可以在不解密的情况下,直接对密文进行运算。在同态加密的框架下,用户既可以利用外包计算,又可以保护输入的隐私。然而,同态加密最明显的缺点就是效率低下。

从通信来看,对称加密的密文可以和明文一样大,比同态加密的密文小几个数量级。一个同态密文,如CKKS,通常是MB级别的。这意味着,我们需要加密1比特,那么密文需要几个MB大小的密文。

从加密来看,对称加密可以比同态加密快几个数量级。对称加密的时间是几个 μ s \mu s μs,而同态加密的加密时间十几个 m s ms ms。对称加密比同态加密快几个数量级。

基本框架

基本的框架如下图所示:

用户使用对称加密方案对 m m m进行加密,加密的密钥为 s k sk sk, 得到堆成加密的密文 c t s m ct^sm ctsm,然后发送给服务器。

此外,用户使用同态加密把 s k sk sk加密,得到私钥的同态加密密文 c t H E s k ct^{HE}sk ctHEsk,然后发送给服务器。

服务器使用对称加密的密文和私钥的同态加密密文,进行密文的转换,得到输入 m m m的同态加密密文 c t H E m ct^{HE}m ctHEm.

Transcipher 本质上是使用同态加密,实现对称加密的解密算法。得到的结果就是原来输入的同态加密密文。

参考文献

1 Cho J, Ha J, Kim S, et al. Transciphering framework for approximate homomorphic encryptionC//International Conference on the Theory and Application of Cryptology and Information Security. Cham: Springer International Publishing, 2021: 640-669. (ASIACRYPT 21)

2 Bae Y, Cheon J H, Kim J, et al. HERMES: efficient ring packing using MLWE ciphertexts and application to transcipheringC//Annual International Cryptology Conference (CRYPTO 23). Cham: Springer Nature Switzerland, 2023: 37-69.

3 Ha J, Lee B H, Son M, et al. Rubato: Noisy Ciphers for Approximate Homomorphic EncryptionC//41st Annual International Conference on the Theory and Applications of Cryptographic Techniques (EUROCRYPT 22). SPRINGER INTERNATIONAL PUBLISHING AG, 2022: 581-610.

相关推荐
AI科技星6 小时前
基于全域数学公理体系求解三元约束极值题【乖乖数学】
人工智能·算法·机器学习·密码学·拓扑学·乖乖数学·全域数学
云水一下3 天前
DVWA从入门到精通(十八):Cryptography(密码学问题)
web安全·密码学·dvwa
MartinYeung53 天前
W3C Agent Identity 最新标准:从密码学视角的深度解析
密码学
风行南方3 天前
弄懂有限域,AES加密核心GF(2⁸)数学原理详解
密码学
想你依然心痛6 天前
量子计算对嵌入式密码学的挑战与后量子算法准备
算法·密码学·量子计算
AI科技星8 天前
超复数全域经济周期场与信息谱场——金融与密码学底层理论重构《0·1·∞三元一体全域超复数统一场论》系列全集(六一字不漏完整合订终版)
人工智能·算法·金融·密码学·拓扑学·乖乖数学·全域数学
被克制了9 天前
安全协议设计与分析(2)
网络安全·密码学·安全协议
风行南方9 天前
密码学之分组密码
网络·密码学
北域码匠11 天前
RIPEMD-128哈希算法深度解析
c#·密码学·哈希算法·加密算法·消息摘要·ripemd-128·原生实现
如君愿1 个月前
考研复习 Day 52 | 密码学--第九章 密钥管理(下)
密码学·课后习题