同态加密技术在物联网中的应用

贾凌杉　关艳

摘要：近年来，随着同态加密技术的不断改善，人们对它的关注度越来越高，其发展应用也变得越加广泛。被誉为“密码学圣杯”的同态加密是一种可对已加密的数据直接进行处理，并不影响其原保密状态的数据处理方法，本文通过对同态加密技术的介绍分析，讨论其在物联网中多个方面的应用，希望对同态加密技术在未来更广泛的应用提供有效帮助。

关键词：同态加密；物联网；数据处理；加密算法

1 绪论

当下的物联网技术整合了互联网、无线传感网、移动通信网等由各类物体所组成的人类社会物理系统，如此庞大的网络系统在发展应用的过程中必然会面临许多的问題，随着同态加密技术的成熟，其必将为物联网的发展应用带来巨大帮助，对数据信息的操作将更加规范、合理、有效。

2 同态加密的概念

同态加密实际是一种对加密数据进行相应运算，在解密后与直接对未加密数据进行相应运算是等价结果的加密运算。同态加密算法就是一种加法和乘法都能找到相应操作、具有同态性的加密算法。常见的同态加密算法有RSA算法、MRS算法、HC算法、IHC算法等。

3 同态加密的发展历程

从提出同态加密思想至今，人们在提出具体方案并实施操作上经历了部分同态加密方案时期、浅同态加密方案时期和全同态加密方案时期三个主要时期。

3.1 部分同态加密时期

1978年—1999年间，部分同态加密处于繁荣发展时期，此方案可分为加同态、乘法同态和异或同态三种类型，这三种类型各有优缺点，但在当时这三种类型无疑是较好的选择。

3.2 浅同态加密时期

1996年—2009年期间部分同态加密方案与浅同态加密方案交织发展，但以浅同态加密方案的繁荣发展为主，该方案可以对一定限次的加法和乘法运算同时加密。由于基于此方案设计的加密系统大多只适用于解决专门的问题，即使q其中最为有名的基于理想成员判定困难假设设计的加密方案也因其低效率而无法被广泛使用。

3.3 全同态加密时期

2009年之后，全同态加密进入了发展的繁荣时期。全同态加密方案的发展大致可分为三代，分别是以Gentry为代表的、基于格上困难问题构造的第一代全同态加密方案、以BrakerskiVaikuntanathan为代表的、基于带误差学习或环上带误差学习困难问题构造的第二代全同态加密方案和以GentrySahaiWaters为代表的、基于带误差学习或环上带误差学习困难问题构造的第三代全同态加密方案。因为第三代全同态加密方案不再需要密钥交换与模转换技术，所以其被认为是现在最为理想的方案。

4 同态加密技术在物联网中的应用

4.1 在保护隐私的前提下进行数据处理

当下物联网的发展依然面对着许多发展问题，而对大量数据信息的存储与处理就是其中一个关键问题。在物联网不断发展应用的现下，用户的各类数据信息（包括机密数据和隐私数据）越来越多，通常这些数据或由用户加密储存在服务提供商的服务器上、或经用户要求由服务提供商的服务器处理后再发给用户，如何确保这些数据不被泄露（包括服务提供商）是用户最为关心的问题，而如何在确保用户数据在不被泄露的前提下，对数据进行一些有效的处理并从中提取出其中有价值的信息则是服务提供商最为关心的问题。

全同态加密技术的出现为此类问题提供了有效的解决手段，通过此项技术便可以实现在不解密的前提下对已加密数据进行数据处理，用户只需将希望处理的数据发至云端服务器，由服务器自主对加密数据进行处理，不再需要用户对数据进行解密，而服务提供商也可以利用此项技术在不窥探用户隐私的同时对这些数据进行有效处理，从中提取有价值的信息。

4.2 提供更有效的信息检索

随着越来越多的用户数据被存储于云端服务器，如何从中快速检索数据信息已成为了一个十分重要的问题。虽然现有的线性搜索、公钥搜索和安全索引等算法也可以进行加密信息的检索，但此类索引适用范围小、成本高，所以一种更有效的检索算法便显得尤为重要。以全同态加密技术为基础的数据检索不但可直接对加密数据进行检索并确保其不会被采集，还可以在不改变明文顺序的前提下做基本的算法运算，这就既能确保了用户的数据安全，又提高了检索效率。

4.3 使用数字水印进行版权保护

在物联网被应用于商业中时，如何对数字产品进行有效的版权保护将对物联网在电子商业中的发展应用产生很大影响。虽然现在对数据产品版权保护信息的隐藏和数字水印的应用已经较为成熟，但如何应对相应的安全挑战依然是当下急需解决的问题。

对数字水印的攻击可分为安全性攻击和系统攻击两种，前者指对水印算法、水印密钥或一些含有水印的载体所进行的各类恶意攻击，对这类攻击可通过一些技术手段解决，比如同态加密技术；而后者是指针对水印系统所涉及的其他问题进行攻击，对这类攻击则需要优化体系结构、统一标准、完善相关法律法规等方法解决。

5 结语

物联网所带来的便利已经显而易见，随着物联网的不断发展应用，其所面临的各类问题也将越来越多，而大量的数据信息又是构建物联网的重要基石，利用同态加密技术有效解决用户在存储数据信息时的安全问题将对物联网的发展应用产生重要的影响，所以对同态加密技术的发展应用已经变得极为重要，只有将更有效地同态加密技术应用于物联网中，物联网的发展应用才会变得更加广泛。

参考文献：

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[3]苗玉霞.农产品供应链的物联网安全[J].江苏农业科学，2017， 45（10）：188193.

课题：本文是课题“大智移云”背景下船舶协同监管与信息服务研究的成果论文（课题编号：201703A024）