一種安全的數(shù)據(jù)聚合方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種安全的數(shù)據(jù)聚合方法，該方法基于的數(shù)據(jù)聚合模型包含一個聚合節(jié)點和多個參與節(jié)點，還有一個可信任的管理者，該方法基于橢圓曲線同態(tài)加解密方法，可實現(xiàn)安全的加法聚合運算。本發(fā)明中不需要可信任的聚合節(jié)點，聚合節(jié)點只能解密聚合后的結(jié)果，不能解密每個參與節(jié)點的數(shù)據(jù)；與基于RSA和ELGamal等公鑰體制的同態(tài)加解密方法相比，橢圓曲線方法在安全性和資源消耗等方面具有明顯的優(yōu)勢。
【專利說明】一種安全的數(shù)據(jù)聚合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)安全【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種安全的數(shù)據(jù)聚合隱私保護方法。
【背景技術(shù)】[0002]利用數(shù)據(jù)聚合技術(shù)可以把來自不同用戶或觀測點的信息進行分析和處理，從而得出任務(wù)所需的信息。常見的數(shù)據(jù)聚合應(yīng)用包括傳感器網(wǎng)絡(luò)聚合、數(shù)據(jù)挖掘和云計算服務(wù)等。在數(shù)據(jù)聚合的這些應(yīng)用中，一般都需要保護聚合中不同用戶、參與方或觀測點的隱私信息。應(yīng)保證數(shù)據(jù)聚合過程中各參與方的隱私信息不能泄露給其他參與方或非法用戶，甚至有的情況下，聚合點也不能獲得各參與方的隱私信息而只能得到聚合的結(jié)果。
[0003]現(xiàn)有的與數(shù)據(jù)聚合隱私保護相關(guān)的技術(shù)主要包括安全多方計算、同態(tài)加密以及其他基于共享密鑰的技術(shù)等。安全多方計算需要各參與方在每次數(shù)據(jù)聚合過程中都要進行交互以交換信息，當(dāng)參與方的數(shù)目較大時，網(wǎng)絡(luò)中的通信量和計算量都很大。同態(tài)加密技術(shù)可以實現(xiàn)端到端的數(shù)據(jù)隱私保護，安全性好，不需要參與方之間進行交互。但是不管是采用公鑰體制的同態(tài)技術(shù)，還是采用共享密鑰的同態(tài)技術(shù)，一般都需要一個可信任的聚合節(jié)點，該聚合節(jié)點不僅可以解密聚合后的結(jié)果(如和或平均值等)，還可以解密來自每個參與節(jié)點的加密數(shù)據(jù)。因此這一類技術(shù)不能用于沒有可信任聚合點的應(yīng)用中(如云計算服務(wù))。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是對現(xiàn)有的同態(tài)加密技術(shù)進行改進，提出一種不需要可信任聚合點的安全數(shù)據(jù)聚合方法。
[0005]本發(fā)明一種安全的數(shù)據(jù)聚合方法，該數(shù)據(jù)聚合模型包含一個聚合節(jié)點和多個參與節(jié)點，還有一個可信任的管理者，參與節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)給聚合節(jié)點，其實現(xiàn)過程包含以下步驟:
[0006]( I)由管理者確定同態(tài)加解密的各參數(shù)，并把參數(shù)廣播給聚合節(jié)點和參與節(jié)點；管理者同時還生成一組密鑰1?, k1； k2,..., kn,把1?安全傳輸給節(jié)點聚合節(jié)點,Ic1, k2,...，kn分別安全地傳給各參與節(jié)點；
[0007](2)聚合節(jié)點生成私鑰k，并計算出公鑰K，把K廣播出去；
[0008](3)各參與節(jié)點分別利用公鑰K和密鑰b k2，...，kn用同態(tài)加密方法加密明文數(shù)據(jù)，再分別把密文數(shù)據(jù)發(fā)送給聚合節(jié)點；
[0009](4)聚合節(jié)點將收到的所有密文數(shù)據(jù)進行聚合運算，再利用密鑰1?和私鑰k對聚合運算的結(jié)果用同態(tài)解密方法進行解密，得到明文數(shù)據(jù)的聚合結(jié)果。
[0010]所述的一組密鑰k0, k” k2,..., kn,滿足 k0 = W...+kn。
[0011]所述的聚合運算為加法聚合。
[0012]所述的同態(tài)加解密方法采樣橢圓曲線加解密方法，參數(shù)包括橢圓曲線E的相關(guān)參數(shù)和基點G，公鑰K = kG。
[0013]所述的同態(tài)加密方法為，各參與節(jié)點選取隨機數(shù)ri;把明文數(shù)據(jù)Hii和密鑰h的和編碼到橢圓曲線上的點^4，利用公鑰K計算得到密文數(shù)據(jù):
[0014]Cli = I1iG,
[0015]Cli=FiK+P—'。
[0016]所述的同態(tài)解密方法為，聚合節(jié)點收到來自各參與節(jié)點的數(shù)據(jù)后，利用私鑰k計算得到
【權(quán)利要求】
1.一種安全的數(shù)據(jù)聚合方法，實現(xiàn)該數(shù)據(jù)聚合方法的模型包含一個聚合節(jié)點和多個參與節(jié)點，還有一個可信任的管理者，參與節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)給聚合節(jié)點，其特征在于，其實現(xiàn)過程包含以下步驟: (1)由管理者確定同態(tài)加解密的各參數(shù)，并把參數(shù)廣播給聚合節(jié)點和參與節(jié)點；管理者同時還生成一組密鑰k0, k” k2,..., kn,把k0安全傳輸給節(jié)點聚合節(jié)點,Ic1, k2,..., kn分別安全地傳給各參與節(jié)點； (2)聚合節(jié)點生成私鑰k，并計算出公鑰K，把K廣播出去； (3)各參與節(jié)點分別利用公鑰K和密鑰bk2，...，kn用同態(tài)加密方法加密明文數(shù)據(jù)得到密文數(shù)據(jù)，再分別把密文數(shù)據(jù)發(fā)送給聚合節(jié)點； (4)聚合節(jié)點將收到的所有密文數(shù)據(jù)進行聚合運算，再利用密鑰1?和私鑰k對聚合運算的結(jié)果用同態(tài)解密方法進行解密，得到明文數(shù)據(jù)的聚合結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種安全的數(shù)據(jù)聚合方法，其特征在于所述的一組密鑰k〇，k” kg，...，kn，倆kg ki+h+...+kn。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種安全的數(shù)據(jù)聚合方法，其特征在于所述的聚合運算為加
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4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種安全的數(shù)據(jù)聚合方法，其特征在于所述的同態(tài)加解密方法采樣橢圓曲線加解密方法，參數(shù)包括橢圓曲線E的相關(guān)參數(shù)和基點G，公鑰K = kG。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種安全的數(shù)據(jù)聚合方法，其特征在于所述的同態(tài)加密方法為，各參與節(jié)點選取隨機數(shù)ri;·把明文數(shù)據(jù)Hii和密鑰h的和編碼到橢圓曲線上的點匕,4,，利用公鑰K計算得到密文數(shù)據(jù):
Cli = rfi,
Cu = >)K + P'+ki。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種安全的數(shù)據(jù)聚合方法，其特征在于所述的同態(tài)解密方法為，聚合節(jié)點收到來自各參與節(jié)點的數(shù)據(jù)后，利用私鑰k計算得到C = ，由公鑰計算公式可知C =再計算
M tc21-C = K±ri + ±Pm^ -Κ±η★， /-1f二 I/ 二I/=1/ 二I

η 解碼得到Σ(叫+盡)，因為& = ki+k2+...+kn，從而得到最終的加法聚合結(jié)果，

/-1
η
^(//7, ^ki)-k() = + nu + …+ /"
【文檔編號】H04L29/06GK103581175SQ201310488847
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】錢萍, 劉鎮(zhèn), 劉澎 申請人:江蘇科技大學(xué)