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  • 为什么格上能够构造全同态加密-1
  • 来源:格密链


本文由陈智罡博士撰写

目前只有在格上能够构造全同态加密方案。


为什么呢?


早在2015年,这个问题就萦绕在我脑海。


当时对GSW这个方案很感兴趣,GSW方案中密文被表达成了一个矩阵,矩阵与矩阵的乘积不会导致密文维数的增长,所以不需要使用密钥交换来约减密文的维数。此外,对噪音的约减也包含在了GSW密文的乘法中,使得GSW方案非常简洁。


最重要的是该方案具有通用性。你把(环)LWE加密方案,NTRU加密方案,整数上的加密方案直接带进去,就可以得到一个GSW风格的全同态加密方案。这种通用性是来自于什么呢?


学术界最大的特征是对问题的追问。工业界最大的特征是对应用场景的追问。


抽象解密结构

通过对GSW方案的分析,发现GSW在解密过程中的结构是:sm+e mod q,其中s是密钥,m是消息,e是噪音,q是模。

 

这种结构不是GSW独有的,而是在格上NTRU加密方案中就是这样的结构。于是我们的目光转向了解密过程。

 

在全同态加密中分析同态性时,都是从解密作为出发点。这是为什么呢?

 

以LWE加密方案的解密为例:=(q/2)m+e mod q,其中c是密文,s是密钥,m是消息,e是噪音,q是模。

 

仔细观察解密式子,会发现这里面把密文、明文、噪音以及密钥的关系都呈现出来了。

 

而全同态加密的本质就是密文计算对应于明文计算,所以密文和明文之间的关系很重要。它们之间的关系是能否获得同态性的关键。

 

除了上述解密形式,格上加密方案还有其它解密形式吗?

 

有的,格上NTRU加密方案的解密形式是:cs=sm+e mod q。

 

LWE加密方案还有一种变种,其解密形式是:=m+2e mod q。

此外,你也可以把整数加密方案上的解密形式拿来,是类似的。

 

为了研究如何获得同态性,我们定义了一个结构:抽象解密结构。如下所示:

 

c⊙s=xm+e mod q;

 

其中是⊙抽象计算符号,x是常数。该等式称为密文 c 与密钥 s 计算结果的抽象解密结构

 

由于每次加密时密文、明文和噪音都是变化的,而密钥是不变的,可将 c、 m 和 e视为变量, s 视为常量。

 

从抽象解密结构 c⊙s = x m + e 可以清楚的看到密文 c、明文 m 和噪音 e 三者之间的关系是一次形式,即线性关系。

 

这种线性关系直接蕴含了同态性,这也是为什么格上能够构造全同态加密的根本原因。我们的论文中对其进行了详细论证。

 

 

定义这个“抽象解密结构”有什么用呢?

 

非常有用。通过我们定义的这个工具能够衡量如何获得同态性,分析噪音增长主要项,如何表示全同态加密特性的获得,以及解释GSW为什么具有通用性。

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