摘要：目的:针对零知识证明协议纯软件部署存在的低时延、低功耗服务要求难以满足,以及硬件加速芯片协议适配性差和开发周期长的问题,提出了一种用于零知识证明的椭圆曲线点加计算流式计算架构。方法:实现了点加计算的硬件设计,对高位模运算设计了低时延、可扩展的硬件计算单元,在点加计算的各个计算阶段间规划数据流实现了流水设计,使用OpenCL与HLS,在基于FPGA的异构计算平台上,对不同规模的点乘、多标量乘法计算任务进行了软硬件协同加速。结果:在AMD Xilinx Alevo U50数据中心加速卡上,多标量乘法运算相比于AMD Ryzen 95900X(3.7 GHz)CPU单核及12核运行分别获得了41.5倍及3倍的加速比,硬件加速模块相比于纯软件方式获得了最高12.42倍的能效提升。结论:该计算架构有效提高了硬件资源利用率,降低了椭圆曲线运算时延以及功耗开销。

摘要：在数据安全和隐私保护日益重要的背景下,零知识证明(Zero-Knowledge Proofs,ZKPs)为保护隐私提供了强有力的工具,成为最具应用潜力的核心技术之一。本文综合探讨了零知识证明技术及其在区块链中的应用。首先,详细介绍了零知识证明的相关概念以及三种典型的技术,对ZK-Snarks进行了深入探讨,并讨论了ZK-Stark和Bulletproofs等其他证明机制,深入对比分析了各自的设计、技术特点、性能和应用场景的差异。在此基础上,重点介绍了ZKPs在区块链环境下的应用,并分析整理了编写零知识证明的相关工具,这些工具在提升具体应用的性能方面尤为重要。最后,指出了一些潜在的问题和未来的研究方向。

摘要：针对跨链智能合约的代码和数据在跨链交易中公开披露用户隐私信息的情景,设计具有隐私保护功能的跨链智能合约,该合约中每一个函数所涉及的用户隐私信息,将被用户加密后作为函数参数输入,同时引入零知识证明电路,用于证明用户输入密文的正确性。在合约执行过程中,合约调用者通过输入公共参数和隐私参数密文发起合约调用请求,跨链隐私智能合约的验证节点使用零知识证明电路来验证用户输入信息的正确性并执行智能合约,从而在保护用户隐私信息的同时确保智能合约的正确执行。

摘要：作为一种具有法律约束力的程序,智能合约为电子投票系统提供了可信执行平台.然而,由于合约部署在公开透明的区块链上,这将为投票内容的有效性与隐私性带来巨大威胁.为了解决上述问题,基于交互式零知识证明技术设计了智能合约投票系统.首先,提出了一个新的交互式零知识集合成员关系证明协议,使得投票者在不泄露投票内容的前提下,完成对投票内容有效性的验证,从而避免无效选票对投票系统的影响.其次,本文通过智能合约规范语言SPESC对投票合约进行描述并对投票各个阶段的触发条件进行限定,通过将合约以JAR包形式上传至区块链,实现智能合约投票系统的部署和自动化执行.最后,对智能合约投票系统的性能进行分析,实验结果表明该系统投票和计票阶段均可高效实施,为密码协议构造技术与智能合约投票系统的有效结合提供参考.

摘要：在联盟链转帐交易中,账本对联盟参与方是透明的,交易隐私保护是面临的最大挑战之一。针对联盟链隐私保护研究中保护账户余额、交易金额存在的交易合法性验证策略不完善、基础加密算法Paillier效率较低的问题,提出了一种面向联盟链转帐隐私保护的^(+)HomElG零知识证明协议。基于PBFT构造了一种联盟链转账隐私保护应用,论述了同态加密的零知识证明的共识交互场景;通过^(+)HomElG算法加密交易金额及账户余额,根据Σ协议设计密文的零知识证明;通过Fiat-Shamir算法的思想,设计了非交互式零知识证明的相等性证明、范围证明中交易的金额大于零和转账方余额不小于零等过程,并在DDH安全前提下证明它们具有正确性、完备性、零知识性。基于Hyperledger Fabric构建了一个联盟链转账隐私保护原型系统,测试结果验证了该协议在非交互式零知识证明条件下能实现保护账户余额、交易金额的密文交易;当密钥长度为3072 bit,测试数据长度为12 bit的十进制整数时,^(+)HomElG算法的效率是150.3 ms,交易金额相等、交易金额大于零以及交易余额不小于零等零知识证明过程的效率(证据生成和验证)分别是482.3、209.3和261.3 ms。测试结果表明,与现有协议相比,该协议的^(+)HomElG算法的效率较高,相等性证明、范围证明等交易合法性验证策略更加完善和高效,满足联盟链转账交易隐私保护需求。

摘要：在军事物联网作战环境中,位置隐私问题成为关键挑战。提出了一种基于零知识证明的位置隐私保护方案,以确保在不可靠的通信信道中,作战单位的位置信息既得以验证,又无需暴露其具体坐标,达到保护敏感位置信息的目的。基于密码学思想,利用零知识证明,通过代数电路、R1CS(rank-1 constraint system)、QAP(quadratic arithmetic programs)等步骤将位置坐标信息证明问题转换为多项式曲线上的点验证问题,在一轮挑战-响应过程中完成位置验证。仿真结果验证了该方案的有效性,提升了位置信息的安全性,有着广阔的实际应用价值。研究成果为未来军事作战中的安全定位提供了一种新的解决方案,进一步强化了军事物联网作战的安全保障。

摘要：针对现有电子投票与问卷调查系统中公正性与匿名性这两项最根本需求,提出了运行于以太坊上的智能合约投票方案。方案满足可信、透明的要求,剥离了对可信第三方的依赖。随后进一步结合零知识证明与数字签名技术,实现了方案的匿名性。通过合理设计算术电路及智能合约,该方案可满足一人一票或一人多票的应用场景。通过安全性分析,该方案完全满足业界对电子投票方案公认的各种要求,加之相关代码已完整开源,为后续移植及具体应用提供了借鉴与参考。

摘要：Bullens等人在CSI-Fish中留下了一个开放问题,即设计一个识别协议,允许系统挑战空间是Z_(n),而不是小集合{-S,…,S}。提出了一个基于超奇异同源的零知识证明方案。该方案将挑战C作为一个同源,从而解决了这一问题,并实现了更小的稳固性误差以及公钥长度。该方案也可以通过Fiat-Shamir变换为非交互零知识证明,进而可以在量子随机预言下实现基于超奇异同源的签名方案以及群签名方案,最后分析了方案的安全性以及正确性。

摘要：安全多方计算、全同态加密和零知识证明是解决数据安全问题的重要密码技术,其快速发展和应用需求驱动,引发了新形态对称密码的设计与安全性分析.本文系统介绍适宜安全多方计算、全同态加密和零知识证明的新形态对称密码算法.首先梳理新形态对称密码算法的应用需求和设计目标;然后归类介绍新形态对称密码算法的设计理念和最新的安全性评估结果;最后总结探讨新形态对称密码算法的设计特点以及面临的问题.

摘要：安全高效的异步分布式随机信标是异步共识协议能够快速终止的必要保障.2008年以来,比特币中区块链技术的成功促进了分布式应用的蓬勃发展,为分布式应用提供随机性来源的分布式随机信标也受到了学者的广泛研究.现有的分布式随机信标一般选取公开可验证秘密共享、可验证随机函数、可验证延迟函数之一作为基础结构进行设计,其中公开可验证秘密共享结构简单、模块清晰、实用性较强,是现有分布式随机信标协议中数量最多、分析最为透彻的类别,其它结构的协议研究开始时间较晚,设计方法并未固定,在形式化安全定义和安全分析中尚有较大空白等待填补.目前,只有少数基于公开可验证秘密共享的方案支持异步网络模型,并且这些方案都是利用不抗量子的离散对数问题构建的.因此,在后量子安全的异步网络模型下,现有异步共识成果不得不采用期望运行轮数为指数的本地抛币协议来保障全栈量子安全.本文主要研究抗量子安全假设下基于公开可验证秘密共享的方案,具体贡献如下:(1)本文首先基于抗量子困难假设环上容错学习和公开可验证秘密共享的结构范式,设计了具备O(N log N)证明及验证复杂度的公钥更新协议,其中N为多项式次数,该协议保证了节点在每一轮产生随机数份额的过程中采用了一致且正确的新公钥.(2)在此基础上,本文设计了计算复杂度为O(n),通信复杂度为O(n2)的异步分布式随机信标协议,其中n为节点规模.在相同的安全参数下,本文提出的随机信标协议相较于基于离散对数的协议运行时延减小约34%.(3)最后,本文给出了一种基于异步分布式随机信标的异步共识协议,并证明其满足标准的安全需求.