全同态加密——从理论到实践
以全新的视角“维数提升法”论述全同态加密算法的构造本质。全面介绍目前主流的全同态加密算法,以及全同态加密在机器学习和生物特征密文认证中的应用。

作者:陈智罡

定价:59.9元

印次:1-5

ISBN:9787302614715

出版日期:2022.09.01

印刷日期:2025.08.11

图书责编:张民

图书分类:教材

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本书主要针对全同态加密的设计方法进行研究。一方面,从理论上提出一些更加有效的全同态加密方案以及优化方法;另一方面,从实践角度提出分析计算全同态加密具体安全参数的方法,并且给出每个方案的具体安全参数,保证了研究的系统性与全面性。本书主要研究如何去除全同态加密设计过程中的密钥交换(key switching)过程,提出一个新的设计方法: 提升维数法。提升维数法是一个通用框架,可以设计环LWE问题上所有无须密钥交换的全同态加密方案。因此,提升维数法具有重要的理论意义。在此基础上,提出两个重要概念: 抽象解密结构与密文堆叠法,以此为理论研究工具,从解密结构中分析密文、噪声与明文之间的关系入手,实现对全同态加密构造方法的理论抽象和规律总结,从而对全同态加密的构造方法进行形式化研究,解决为什么格上能构造出全同态加密、格上已有全同态加密算法之间的关系是什么、是否存在统一的形式化描述所有算法等问题。此外,本书还对基于BinaryLWE问题设计全同态加密以及优化进行了阐述。 本书主要面向密码技术的专业人员以及相关行业的工程技术人员。对于非专业人员,第1章全同态加密入门是非常好的入门学习内容。此外,对于想学习格密码的读者,第2章深入浅出地阐述了格密码的基础理论。

前言 我第一次接触全同态加密是在2011年,当时看的是整数上的全同态加密的论文。论文里的新鲜概念,例如电路模型、Boostrapping技术、压缩解密电路等刷新了我对密码学的认知。花了半年时间,我才读懂了这篇论文。当时学界都觉得全同态加密很难,据说能看懂Gentry博士论文的人寥寥无几。正是因为全同态加密难,所以我对此产生了极大的兴趣,往往为了一个概念或者一个参数思索许久,之后走上了格密码的学习之路。没有格密码理论的基础是很难深入理解全同态加密原理的。所以,本书第2章系统介绍了格密码理论知识。为了读者能够更好地理解格密码理论,我做了很多图示以帮助理解,这也算是对我学习格密码理论的一次总结。 同态本天成,妙手偶得之,这是我对全同态加密设计方法的一点感悟。由于格密码是一种噪声加密的形式,密文、明文与噪声之间是一种线性关系,不像RSA加密算法里有指数的关系,因此格加密天生具有加法同态性,其实也蕴含着乘法同态性,只不过每次乘法都会成倍地增大密文的长度,以及密文中的噪声,所以做不了几次乘法。因此,全同态加密的构造重点都放在如何做更多次(无限)的乘法。本书第1章详细阐述了全同态加密的思想,尽量做到通俗易懂而不涉及过多的技术细节。如果只是想系统了解全同态加密思想与构造方法,而又不想过多涉及技术细节的读者,可以阅读第1章。 2009年诞生了第一个全同态加密,随后诞生了BGV算法(2011年)、Bra12(BFV)算法(2012年)以及GSW算法(2013年)。整个发展趋势是: 全同态加密的构造方法越来越简单,尤其是GSW算法,密文就是矩阵,同态加法与乘法就是矩阵的加法与乘法。GS...

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第1章全同态加密入门1

1.1全同态加密引言1

1.1.1为什么需要全同态加密1

1.1.2第一个全同态加密的诞生3

1.1.3为什么采用电路模型4

1.1.4全同态加密的构造框架5

1.2全同态加密入门7

1.2.1全同态加密的4部分8

1.2.2同态解密控制噪声10

1.2.3LWE上的全同态加密12

1.3详解同态解密思想16

1.3.1一个简化的整数上的加密算法16

1.3.2可怕的噪声17

1.3.3同态解密: 一个生硬的思路18

1.3.4解密电路的复杂度19

1.3.5压缩解密电路21

1.3.6实现算法24

1.4格密码学介绍25

第2章格密码理论基础27

2.1格密码在后量子密码中的优势27

2.2数学基础知识31

2.2.1向量空间简介31

2.2.2矩阵和行列式的一些重要概念33

2.3格理论基础33

2.3.1格的定义及性质33

2.3.2格上的计算问题35

2.4构建格公钥密码系统的方法38

2.4.1陷门单向函数38

2.4.2随机格39全同态加密——从理论到实践目录2.4.3构造单向哈希函数39

2.4.4构造陷门单向函数40

2.4.5格公钥密码系统的框架42

2.5LWE问题43

2.5.1LWE搜索问题43

2.5.2LWE判定问题44

2.5.3构造LWE单向哈希函数46

2.5.4构造LWE陷门单向函数46

2.5.5LWE问题的困难性48

2.5.6高斯分布49

2.6LWE私钥加密算法50

2.7LWE上公钥加密算法52

2.7.1LWE上... 查看详情

本书以全新的视角“维数提升法”论述全同态加密算法的构造本质。全面介绍目前主流的全同态加密算法,以及全同态加密在机器学习和生物特征密文认证中的应用。

本书适合广大工程技术人员,以及高校师生和科研工作者。为业界人员提供全同态加密技术从理论到应用的全方面指导。
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