國之重器出版工程 密態計算理論與應用

劉西蒙，男，陝西西安人，博士/博士後，研究員，博士研究生導師，福州大學數學與計算機科學學院院長助理，系統信息安全福建省高校重點實驗室主任，福建省知聯會理事，福建省“閩江學者”特聘教授，福州大學“旗山學者”（海外計劃），福建省引進高層次人才(C類)，IEEE/ACM/CCF會員。主要從事密態計算、密態機器學習、大數據隱私保護、區塊鏈，可搜索加密、公鑰密碼學應用等方面的研究工作；先後主持和參與國家自然科學基金項目5項(含重點項目1項)；已在IEEE TIFS、TDSC、TMC、INFOCOM等國內外期刊會議上發表SCI/EI學術論文250餘篇，Google被引3300餘次；申請國家發明專利4項。

熊金波，男，湖南益陽人，博士/博士後，教授，博士研究生導師，中國中文信息學會大數據安全與隱私計算專委會委員，福建省計算機學會理事，福建省高校傑出青年科研人才，福建師範大學第七屆十佳青年教師，IEEE/ACM/CCF會員；獲福建師範大學本科課堂教學優秀獎和第二屆集英助教基金教學獎；主要從事物聯網安全與隱私保護、移動數據安全等方面的研究工作；先後主持國家自然科學基金項目2項，福建省自然科學基金項目2項，福建省本科高校教育教學改革研究項目1項，作為主要成員參與國家重點研發計劃、國家863計劃等項目的研究；出版學術專著2部、教材1部；已在IEEE TII、TCC、MWC、TNSE、計算機學報、軟件學報、通信學報等國內外期刊會議上發表SCI/EI學術論文100餘篇，ESI高被引論文3篇，Google被引1100餘次；申請國家發明專利13項、授權3項。

第 1章 緒論 001
1．1　雲計算　002
1．1．1　引言　002
1．1．2　概念　003
1．1．3　發展與應用　003
1．1．4　雲計算的關鍵技術　005
1．2　大數據與數據挖掘　006
1．2．1　引言　006
1．2．2　概念　007
1．2．3　發展與應用　008
1．2．4　大數據與數據挖掘關鍵技術　010
1．3　物聯網　010
1．3．1　引言　010
1．3．2　概念　011
1．3．3　發展與應用　011
1．3．4　物聯網關鍵技術　012
1．4　人工智能　013
1．4．1　引言　013
1．4．2　概念　014
1．4．3　發展與應用　014
1．4．4　機器學習核心算法　015
1．5　面臨的隱私挑戰　018
1．5．1　雲計算面臨的隱私挑戰　018
1．5．2　大數據面臨的隱私挑戰　019
1．5．3　物聯網面臨的隱私挑戰　020
1．5．4　人工智能面臨的隱私挑戰　021
1．6　本章小結　022
參考文獻　023
第 2章　基礎知識　025
2．1　基本代數係統　026
2．1．1　群、環、域　026
2．1．2　多項式環　028
2．1．3　割圓多項式　029
2．1．4　割圓域的歸一化　029
2．2　公鑰密碼體制　030
2．2．1　公鑰密碼的原理　030
2．2．2　RSA 算法　032
2．2．3　其他公鑰密碼算法　033
2．3　安全模型　035
2．4　困難問題　037
2．4．1　大整數因數分解問題　037
2．4．2　離散對數問題　038
2．4．3　橢圓曲線離散對數問題　038
2．5　全同態加密　038
2．5．1　全同態加密的發展歷程　039
2．5．2　全同態加密方案　040
2．5．3　全同態加密的安全性研究　044
2．6　常用安全協議　045
2．6．1　隱私保護餘弦相似度計算協議　045
2．6．2　安全歐幾里得距離計算協議　046
2．6．3　安全比特分解協議　047
2．6．4　安全整數與分數計算協議　048
2．7　整數電路　048
2．7．1　基本的安全整數計算電路　048
2．7．2　封裝安全整數計算電路　052
2．8　其他基礎知識點　060
2．8．1　浮點數　060
2．8．2　BLS短簽名　060
2．8．3　雙線性映射　061
2．8．4　Skyline計算　061
2．8．5　0-編碼和1-編碼　062
2．8．6　關鍵詞加密　062
2．8．7　四叉樹數據結構　063
2．8．8　叉積——凸多邊形中的點　063
2．8．9　安全多方計算　064
2．8．10　基於門限解密的Paillier密碼系統　065
2．9　本章小結　066
參考文獻　067
第3章　基本密態計算原語　071
3．1　支持有理數的密態計算　072
3．1．1　引言　072
3．1．2　準備工作　073
3．1．3　系統模型與隱私需求　074
3．1．4　密碼原語和隱私保護整數計算工具包　076
3．1．5　隱私保護的有理數計算工具包　083
3．1．6　安全性分析　087
3．1．7　性能評估　090
3．2　支持浮點數的密態計算　096
3．2．1　引言　096
3．2．2　準備工作　097
3．2．3　系統模型和隱私需求　098
3．2．4　加密原語和基本隱私保護整數計算協議　100
3．2．5　隱私保護浮點數存儲和計算　103
3．2．6　安全性分析　110
3．2．7　性能評估　114
3．3　支持多密鑰的密態計算　121
3．3．1　引言　121
3．3．2　準備工作　122
3．3．3　系統模型與隱私需求　122
3．3．4　基本密碼原語——分佈式雙陷門公鑰密碼系統　124
3．3．5　多密鑰下的隱私保護整數計算工具包　126
3．3．6　安全性分析　135
3．3．7　性能分析　139
3．4　基於全同態的密態計算　144
3．4．1　引言　144
3．4．2　準備工作　146
3．4．3　系統模型和安全模型　146
3．4．4　安全SIMD無符號整數電路和整數打包技術　147
3．4．5　安全有符號整數計算電路　153
3．4．6　應用與擴展　158
3．4．7　安全性與性能分析　161
3．5　支持非線性的密態計算　170
3．5．1　引言　170
3．5．2　準備工作　171
3．5．3　系統模型和隱私需求　173
3．5．4　HPCS構建　175
3．5．5　高精度計算擴展　183
3．5．6　安全性分析　187
3．5．7　性能評估　190
3．6　本章小結　197
參考文獻　198
第4章　密態計算應用　205
4．1　在線網約車隱私服務　206
4．1．1　引言　206
4．1．2　問題描述　208
4．1．3　Trace系統構造　211
4．1．4　安全性分析　219
4．1．5　性能評估　221
4．2　遠程身份認證服務　226
4．2．1　引言　226
4．2．2　問題描述　228
4．2．3　PribioAuth模型構造　231
4．2．4　安全性分析　234
4．2．5　性能分析　236
4．3　密態數據查詢服務　238
4．3．1　引言　238
4．3．2　問題描述　241
4．3．3　系統架構　245
4．3．4　範圍查詢協議　250
4．3．5　布爾查詢　255
4．3．6　性能分析　258
4．3．7　安全性分析　263
4．4　本章小結　268
參考文獻　269
名詞索引　273