代理重加密(Proxy Re-Encryption)技术原理和Java代码实现

1. 代理重加秘的应用介绍

由于大部分的云服务供应商并不能完全值得信任，云服务供应商可能会在未经用户允许的情况下，擅自泄露用户的隐私数据或重要文件。

解决这个问题最直接的方法是数据加密，对于涉及用户隐私或含有敏感信息的数据文件，将数据加密后上传是一种普遍的保证数据机密性的方法，这样数据上传者只需保管好解***即可。但是云计算服务中存在大量的需要共享数据的应用需求，对于这种简单的数据加密上传方式，由于加密文件只能被用户自行解密，这样的数据加密文件并不能通过云服务器来分享给他人，为此这便需要一种密码方案，使得能对存储在云服务器上的密文进行安全有效的转换。

显然，传统的加密或数字签名方案并不具有密文转换功能，而代理重加密 $(Proxy Re-Encryption，PRE)$ 技术是一种可以对密文进行安全转换的加密方法，PRE 技术可以将用户 A 用自己公钥加密上传的密文转换成另一种形式的密文，使得用户 B 可以用自己私钥对转换后的密文进行解密，并且在整个转换过程中不会泄露任何对应的明文信息，因此 PRE 对于云计算是天然的应用，可以保证云端数据的安全访问与共享。

由于 PRE 能对密文进行安全转换这一特性，PRE 技术被深入地研究以及在云环境中充分发挥着其实用价值。目前 PRE 技术已广泛应用于云计算环境下的众多领域之中，如访问控制、分布式文件系统、加密邮件转发系统、垃圾邮件过滤系统等。

2. 业务需求分析

基于数据分享场景，用户B想获取用户A在云上的加密数据，A不能与B直接通信，只能通过中间商云平台；A不能将加密数据的秘钥发给云平台，由云平台再转发给B，这样云平台就知道A的保密数据；要求不能像CP-ABE那样，而是要求通过“请求+确认”方式获取A的数据，即B在每次想获取A的数据时，要想A申请，只有A同意了以后B才能获取并查看数据。

3. PRE概念

PRE 是一种对密文进行安全转换的加密技术，在 $1998$ 年欧密会上，Blaze 等首次提出了代理重加密的概念。在代理重加密中，基于授权人(delegator)公钥加密的密文可以被转换为另一种密文，且保持对应明文不变，被转换后的密文可以由被授权人(delegate)的私钥进行解密。该密文转换过程由一个半可信的代理者(proxy)执行，在执行该过程前，代理者需要持有一个由授权人到被授权人的转换**，该转换**一般由授权人事先生成并交给代理者。同时在密文转换的整个过程中，代理者无法获取关于该密文对应明文的任何信息。

4.传统公钥PRE算法流程

在介绍之前，先解释一个概念多跳性 $(Multi-hop)$ ：多跳性是指一个密文可以被不同的转换**连续进行多次转换，并且对应的明文保持不变。与其相对的是单跳性，即原始密文只能被转换一次。

一个传统 PKI 环境下的单向多跳代理重加密方案包含下列算法 $^{[1]}$ ：

(1) 钥生成算法 $******(par) \to (pk;sk)$ ：输入系统公开参数 par，该算法输出 $(pk,sk)$ 作为一个用户的公私钥对。
(2) 加密算法 $Enc(par, M , pk ) \to C _{(0)}$ ：输入系统公开参数 par，消息空间中的明文 M ，某一用户的公钥 pk ，该算法输出由公钥 pk 加密的密文 $C_{ (0)}$ ，其中0 表示密文 C 未被重加密过， $C_{ (0)}$ 又被称作原始密文。
(3) 转换**生成算法 $ReKeyGen(par, sk _i , pk_ j ) \to rk_{i\to j}$ ：输入系统公开参数par，授权用户的私钥 $sk_i$ ，被授权用户的公钥 $pk_j$ ，该算法输出转换** $rk_{i\to j}$ 用于从授权用户到被授权用户之间的单向重加密。
(4) 重加密算法 $ReEnc(par, rk_{i\to j} , C_{i(n)})\to C _{j(n+1)}$ ：输入系统公开参数 par，用户 $pk_i$ 到用户 $pk_j$ 的转换** $rk_{i\to j}$ ，及用户 $pk_i$ 下的密文 $C_{i(n)}$ ，其中 $n$ 表示密文 $C_{i(n)}$ 被重加密的次数。该算法输出用户 $pk j$ 下的密文 $C j(n+1)$ ，该密文 $C_{j(n+1)}$ 已进行过 $n+1$ 次重加密，或 $\bot$ 表示密文 $C_{i(n)}$ 不合法。
(5) 解密算法 $Dec_2 (par, sk_i , C_{i(n)})\to M$ ：输入输入系统公开参数 par，用户私钥 $sk_i$ ，及用户 $pk_i$ 下的密文 $C_{i(n)}$ 。该算法输出对应的明文 M ，或 $\bot$ 表示密文 $C_{i(n)}$ 不合法。

该方案的算法还需满足一致性，即对于任意一组公共参数 par，任意明文空间中的消息 M ，任意用户公私钥对 $(pk i ;sk i )$ ， $(pk j ;sk j )$ ，下列等式成立：
$Dec(par, sk_i ,Enc(par, M , pk_i )) = M$

$Dec(par, sk_j ,ReEnc(par,ReKeyGen(par, sk_i , pk_j ), C_{i(n)} )) = M$

PRE流程动图 $^{[4]}$ ，如下所示：
代理重加密(Proxy Re-Encryption)技术原理和Java代码实现

5.基于随机预言机模型的PRE算法实现 $^{[2]}$

代理重加密(Proxy Re-Encryption)技术原理和Java代码实现

6. GitHub上关于PRE有参考价值的实现

Java：PRE java-sdk，参考地址[3]。
Go：goRecrypt，参考地址[2]。

这两种实现方案均采用的是随机预言机模型，在GitHub上有关于用RSA+AES方案，在生成 $rk_{i\to j}$ 步骤有漏洞，谨慎参考。

参考文献

[1] 王燚 . 基于身份的代理重加密及其应用研究[D]。
[2] https://github.com/SherLzp/goRecrypt
[3] https://github.com/geghamjivanyan/java-sdk
[4] https://blog.****.net/qq_26816591/article/details/83656988

代理重加密(Proxy Re-Encryption)技术原理和Java代码实现

1. 代理重加秘的应用介绍

2. 业务需求分析

3. PRE概念

4.传统公钥PRE算法流程

5.基于随机预言机模型的PRE算法实现[2]^{[2]}[2]

6. GitHub上关于PRE有参考价值的实现

参考文献

相关推荐

5.基于随机预言机模型的PRE算法实现 $^{[2]}$