同態加密技術在物聯網中的應用

賈凌杉　關艷

摘要：近年來，隨著同態加密技術的不斷改善，人們對它的關注度越來越高，其發展應用也變得越加廣泛。被譽為“密碼學圣杯”的同態加密是一種可對已加密的數據直接進行處理，并不影響其原保密狀態的數據處理方法，本文通過對同態加密技術的介紹分析，討論其在物聯網中多個方面的應用，希望對同態加密技術在未來更廣泛的應用提供有效幫助。

關鍵詞：同態加密；物聯網；數據處理；加密算法

1 緒論

當下的物聯網技術整合了互聯網、無線傳感網、移動通信網等由各類物體所組成的人類社會物理系統，如此龐大的網絡系統在發展應用的過程中必然會面臨許多的問題，隨著同態加密技術的成熟，其必將為物聯網的發展應用帶來巨大幫助，對數據信息的操作將更加規范、合理、有效。

2 同態加密的概念

同態加密實際是一種對加密數據進行相應運算，在解密后與直接對未加密數據進行相應運算是等價結果的加密運算。同態加密算法就是一種加法和乘法都能找到相應操作、具有同態性的加密算法。常見的同態加密算法有RSA算法、MRS算法、HC算法、IHC算法等。

3 同態加密的發展歷程

從提出同態加密思想至今，人們在提出具體方案并實施操作上經歷了部分同態加密方案時期、淺同態加密方案時期和全同態加密方案時期三個主要時期。

3.1 部分同態加密時期

1978年—1999年間，部分同態加密處于繁榮發展時期，此方案可分為加同態、乘法同態和異或同態三種類型，這三種類型各有優缺點，但在當時這三種類型無疑是較好的選擇。

3.2 淺同態加密時期

1996年—2009年期間部分同態加密方案與淺同態加密方案交織發展，但以淺同態加密方案的繁榮發展為主，該方案可以對一定限次的加法和乘法運算同時加密。由于基于此方案設計的加密系統大多只適用于解決專門的問題，即使q其中最為有名的基于理想成員判定困難假設設計的加密方案也因其低效率而無法被廣泛使用。

3.3 全同態加密時期

2009年之后，全同態加密進入了發展的繁榮時期。全同態加密方案的發展大致可分為三代，分別是以Gentry為代表的、基于格上困難問題構造的第一代全同態加密方案、以BrakerskiVaikuntanathan為代表的、基于帶誤差學習或環上帶誤差學習困難問題構造的第二代全同態加密方案和以GentrySahaiWaters為代表的、基于帶誤差學習或環上帶誤差學習困難問題構造的第三代全同態加密方案。因為第三代全同態加密方案不再需要密鑰交換與模轉換技術，所以其被認為是現在最為理想的方案。

4 同態加密技術在物聯網中的應用

4.1 在保護隱私的前提下進行數據處理

當下物聯網的發展依然面對著許多發展問題，而對大量數據信息的存儲與處理就是其中一個關鍵問題。在物聯網不斷發展應用的現下，用戶的各類數據信息（包括機密數據和隱私數據）越來越多，通常這些數據或由用戶加密儲存在服務提供商的服務器上、或經用戶要求由服務提供商的服務器處理后再發給用戶，如何確保這些數據不被泄露（包括服務提供商）是用戶最為關心的問題，而如何在確保用戶數據在不被泄露的前提下，對數據進行一些有效的處理并從中提取出其中有價值的信息則是服務提供商最為關心的問題。

全同態加密技術的出現為此類問題提供了有效的解決手段，通過此項技術便可以實現在不解密的前提下對已加密數據進行數據處理，用戶只需將希望處理的數據發至云端服務器，由服務器自主對加密數據進行處理，不再需要用戶對數據進行解密，而服務提供商也可以利用此項技術在不窺探用戶隱私的同時對這些數據進行有效處理，從中提取有價值的信息。

4.2 提供更有效的信息檢索

隨著越來越多的用戶數據被存儲于云端服務器，如何從中快速檢索數據信息已成為了一個十分重要的問題。雖然現有的線性搜索、公鑰搜索和安全索引等算法也可以進行加密信息的檢索，但此類索引適用范圍小、成本高，所以一種更有效的檢索算法便顯得尤為重要。以全同態加密技術為基礎的數據檢索不但可直接對加密數據進行檢索并確保其不會被采集，還可以在不改變明文順序的前提下做基本的算法運算，這就既能確保了用戶的數據安全，又提高了檢索效率。

4.3 使用數字水印進行版權保護

在物聯網被應用于商業中時，如何對數字產品進行有效的版權保護將對物聯網在電子商業中的發展應用產生很大影響。雖然現在對數據產品版權保護信息的隱藏和數字水印的應用已經較為成熟，但如何應對相應的安全挑戰依然是當下急需解決的問題。

對數字水印的攻擊可分為安全性攻擊和系統攻擊兩種，前者指對水印算法、水印密鑰或一些含有水印的載體所進行的各類惡意攻擊，對這類攻擊可通過一些技術手段解決，比如同態加密技術；而后者是指針對水印系統所涉及的其他問題進行攻擊，對這類攻擊則需要優化體系結構、統一標準、完善相關法律法規等方法解決。

5 結語

物聯網所帶來的便利已經顯而易見，隨著物聯網的不斷發展應用，其所面臨的各類問題也將越來越多，而大量的數據信息又是構建物聯網的重要基石，利用同態加密技術有效解決用戶在存儲數據信息時的安全問題將對物聯網的發展應用產生重要的影響，所以對同態加密技術的發展應用已經變得極為重要，只有將更有效地同態加密技術應用于物聯網中，物聯網的發展應用才會變得更加廣泛。

參考文獻：

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課題：本文是課題“大智移云”背景下船舶協同監管與信息服務研究的成果論文（課題編號：201703A024）