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《同態(tài)密碼學(xué)原理及算法》從起源、原理、應(yīng)用、實(shí)現(xiàn)等多個角度全方位介紹了同態(tài)加密技術(shù)，內(nèi)容涵蓋密碼學(xué)基礎(chǔ)、同態(tài)加密技術(shù)的基本概念、半同態(tài)加密算法、部分同態(tài)加密算法、全同態(tài)加密算法，以及同態(tài)加密的編程實(shí)踐。在理論的講解中，注重同態(tài)加密背后的思想，幫助讀者更好地理解同態(tài)性；編程實(shí)踐涵蓋了目前較為流行的幾個同態(tài)密碼庫，包括Charm-crypto、HElib、SEAL、TFHE，讀者可以根據(jù)內(nèi)容編寫一遍代碼，進(jìn)一步掌握同態(tài)加密。
《同態(tài)密碼學(xué)原理及算法》適用于對同態(tài)密碼學(xué)感興趣的計算機(jī)技術(shù)、信息安全領(lǐng)域從業(yè)人員，以及相關(guān)院校的高年級本科生和研究生閱讀學(xué)習(xí)。

《同態(tài)密碼學(xué)原理及算法》融合了信息安全行業(yè)資深技術(shù)專家多年經(jīng)驗(yàn)，從起源、原理、應(yīng)用、實(shí)現(xiàn)等多個角度，全方位地介紹同態(tài)加密技術(shù)，書中還涵蓋目前較為流行的同態(tài)密碼庫。理論講解由淺入深、注重編程實(shí)踐，語言簡練、內(nèi)容實(shí)用。

密碼學(xué)是一門古老的學(xué)科，開始只在很小的范圍內(nèi)使用，如軍事、外交、情報等需要對信息嚴(yán)格保密的部門內(nèi)部。隨著現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，密碼技術(shù)不斷向更多其他應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展。基于密碼學(xué)原理的密碼技術(shù)不僅可以用于信息的機(jī)密性保護(hù)、完整性保護(hù)、用戶身份的確認(rèn)、行為的不可否認(rèn)，更成為構(gòu)建安全的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)場景（包括各類安全協(xié)議和安全方案）的利器，在區(qū)塊鏈、隱私計算等新興領(lǐng)域起著重要的作用。
同態(tài)加密是目前密碼學(xué)領(lǐng)域中在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都非常熱門的一個研究方向，并且仍然在不斷發(fā)展中，新的成果、新的應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。同態(tài)加密可以讓人們在加密的數(shù)據(jù)中進(jìn)行諸如檢索、比較等操作，得出正確的結(jié)果，而在整個處理過程中無須對數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。這一優(yōu)良特性使得同態(tài)加密在各行各業(yè)的數(shù)據(jù)融合挖掘場景中具有廣闊的應(yīng)用前景，在人們越來越注重數(shù)據(jù)隱私保護(hù)、數(shù)據(jù)合規(guī)監(jiān)管日漸嚴(yán)格的今天，這一特性體現(xiàn)出其對信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重大價值。
目前還沒有系統(tǒng)介紹同態(tài)密碼技術(shù)的中文書籍，許多研究人員、技術(shù)開發(fā)人員有心學(xué)習(xí)相關(guān)知識，但是苦于沒有系統(tǒng)的中文學(xué)習(xí)資料，而自己搜集、翻譯、匯總英文學(xué)習(xí)材料又會大量占用本來就不夠用的時間。本書編寫的目的有三個方面：其一是填補(bǔ)同態(tài)加密技術(shù)中文書籍缺失的空白；其二是希望借此書向更多技術(shù)開發(fā)人員介紹同態(tài)加密技術(shù)；其三是通過編程實(shí)例介紹同態(tài)加密技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法，從而推動同態(tài)加密技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，提升國內(nèi)隱私計算、用戶隱私保護(hù)技術(shù)等新興方向的發(fā)展水平。
本書首先介紹了密碼學(xué)的一些基本概念，然后分章節(jié)分別介紹了同態(tài)加密基本概念、半同態(tài)加密、全同態(tài)加密、部分同態(tài)加密，接著通過編程實(shí)例向讀者展示了charm-crypto、HElib、SEAL、TFHE等著名同態(tài)加密算法庫的用法。
值得注意的是，如果讀者想要進(jìn)一步深挖知識，第3、4、5章所述的同態(tài)加密算法均可以進(jìn)一步研究，書后給出的參考文獻(xiàn)可以幫助讀者了解在學(xué)有余力之時可以進(jìn)一步閱讀哪些資料。
本書在編寫過程中，參考了許多相關(guān)資料，吸收了許多專家同仁的觀點(diǎn)和例句，但為了行文方便，不便一一注明。書后所附參考文獻(xiàn)是本書重點(diǎn)參考的論著。在此，特向在本書中引用和參考的教材、專著、報刊、文章的編者和作者表示誠摯的謝意。
本書雖經(jīng)幾次修改，但由于作者能力所限，不足之處在所難免，敬請讀者批評指正。
本書編寫過程中得到多位朋友的大力支持，其中葉芬芬女士繪制了第2、4、5章的大部分插圖，在此一并表示感謝。

作者

鐘焰濤，博士，深圳市領(lǐng)軍人才，高級工程師，獲深圳市科技進(jìn)步一等獎。主持及參與國家自然科學(xué)基金、國家973計劃重大專項(xiàng)等科研項(xiàng)目10余項(xiàng)，發(fā)表密碼學(xué)領(lǐng)域科研論文20余篇，在同態(tài)密碼學(xué)研究和應(yīng)用領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)豐富。
蔣琳，博士，副教授，博導(dǎo)，深圳市高層次人才，獲深圳市科技進(jìn)步獎。主持國家自然科學(xué)基金（面上、青年、專項(xiàng)）、港澳與內(nèi)地高等學(xué)校師生交流計劃項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)基金（面上）、深圳市基礎(chǔ)研究項(xiàng)目各1項(xiàng)。共發(fā)表學(xué)術(shù)期刊論文28篇，會議論文43篇。
方俊彬，博士，教授，博導(dǎo)，獲廣東省青年五四獎?wù)隆V東省青年教師教學(xué)大賽一等獎。已發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇，授權(quán)專利13項(xiàng)；主持國家自然科學(xué)基金兩項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃子課題1項(xiàng)、省部級課題5項(xiàng)，作為主要技術(shù)負(fù)責(zé)人（前四）參與省部級以上重大項(xiàng)目6項(xiàng)。
彭泉，中國首批黑客，深圳市安絡(luò)科技有限公司創(chuàng)始人，獨(dú)立安全顧問。國家重大活動網(wǎng)絡(luò)安全保衛(wèi)先進(jìn)個人，國家軌道交通工控安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專家，中國制造2025工控安全應(yīng)用項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，中科院區(qū)塊鏈技術(shù)專家。

第1章密碼學(xué)基本概念
1.1 古典密碼學(xué)
1.1.1 手工古典密碼
1.1.2 二戰(zhàn)中的密碼學(xué)
1.2 現(xiàn)代密碼學(xué)
1.2.1 現(xiàn)代密碼學(xué)的特點(diǎn)
1.2.2 對稱加密
1.2.3 公鑰密碼：密碼學(xué)歷史上偉大的發(fā)明
1.2.4 密碼學(xué)哈希
1.2.5 消息認(rèn)證碼
1.2.6 數(shù)字簽名：替代手寫簽名
1.3 密碼學(xué)新方向/應(yīng)用
1.3.1 人工智能與密碼學(xué)
1.3.2 云計算與密碼學(xué)
1.3.3 區(qū)塊鏈與密碼學(xué)
第2章同態(tài)加密
2.1 同態(tài)加密概述
2.1.1 同態(tài)加密的起源及發(fā)展歷史
2.1.2 同態(tài)加密的優(yōu)勢：隱私計算的終方法
2.1.3 同態(tài)加密的近期發(fā)展
2.1.4 同態(tài)加密的標(biāo)準(zhǔn)化
2.2 電路加密
2.2.1 為什么用電路來表示
2.2.2 布爾電路：數(shù)理邏輯的玩具
2.2.3 用電路表示算法
2.2.4 同態(tài)加密中的電路
2.3 同態(tài)加密的分類
2.3.1 半同態(tài)加密
2.3.2 部分同態(tài)加密
2.3.3 全同態(tài)加密
2.3.4 如何構(gòu)造全同態(tài)加密
2.4 同態(tài)加密在云計算中的應(yīng)用
第3章傳統(tǒng)半同態(tài)加密算法
3.1 RSA加密算法
3.1.1 整數(shù)模運(yùn)算
3.1.2 大整數(shù)質(zhì)因數(shù)分解問題
3.1.3 算法描述與實(shí)現(xiàn)
3.1.4 RSA算法乘法同態(tài)性
3.2 Rabin加密算法
3.2.1 算法描述與實(shí)例
3.2.2 Rabin算法乘法同態(tài)性
3.3 ElGamal加密算法
3.3.1 離散對數(shù)問題
3.3.3 算法描述與實(shí)例
3.3.3 ElGamal算法加法同態(tài)性
3.4 Paillier加密算法
3.2.1 合數(shù)剩余假設(shè)問題
3.2.2 算法描述與實(shí)例
3.2.3 Paillier算法加法同態(tài)性
第4章全同態(tài)加密算法
4.1 算法思想
4.1.1電路自舉
4.1.2 密碼電路改進(jìn)
4.2 BGV全同態(tài)加密算法
4.2.1 理想格
4.2.2 部分同態(tài)加密
4.2.3 密鑰切換
4.2.4 模切換
4.2.5 FHE算法描述
4.2.6 Python的Sympy模塊
4.2.7 算法實(shí)現(xiàn)
4.3 整數(shù)上的全同態(tài)加密算法
4.3.1 近似大公因子問題
4.3.2 整數(shù)上部分同態(tài)加密
4.3.3 DGHV全同態(tài)加密算法
4.3.4 Gmpy2庫
4.3.5 算法實(shí)現(xiàn)
4.3.6 對DGHV算法的改進(jìn)
4.4 浮點(diǎn)數(shù)全同態(tài)加密算法
4.4.1 CKKS算法的設(shè)計思想
4.4.2 編碼解碼過程
4.4.3 算法的通用描述
4.4.4 基于RLWE的具體實(shí)現(xiàn)
4.5 同態(tài)加密在大數(shù)據(jù)中的應(yīng)用
4.6 同態(tài)加密在區(qū)塊鏈中的應(yīng)用
4.6.1 區(qū)塊鏈發(fā)展情況
4.6.2 區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)
4.6.3 同態(tài)加密賦能區(qū)塊鏈
第5章部分同態(tài)加密算法
5.1 部分同態(tài)加密算法的意義
5.2 一個部分同態(tài)加密算法
5.2.1 算法描述
5.2.2 技術(shù)細(xì)節(jié)解釋
5.2.3 算法分析
5.2.4 Python的NumPy模塊
5.2.5 算法實(shí)現(xiàn)
5.3 同態(tài)加密在人工智能中的應(yīng)用
5.3.1 人工智能進(jìn)展
5.3.2 人工智能面臨的隱私保護(hù)挑戰(zhàn)
5.3.3 聯(lián)邦學(xué)習(xí)及同態(tài)加密應(yīng)用
第6章同態(tài)加密編程實(shí)戰(zhàn)
6.1 基于Charm-crypto庫的BCP算法
6.1.1 Charm-crypto庫介紹
6.1.2 Charm庫的安裝和配置
6.1.3 Paillier半同態(tài)加密算法原理
6.1.4 基于Charm-crypto庫的SVM應(yīng)用實(shí)現(xiàn)
6.2 基于Helib庫的同態(tài)加密
6.2.1 Helib庫介紹
6.2.2 Helib庫的安裝和配置
6.2.3 BGV全同態(tài)加密算法原理
6.2.4 基于Helib庫的多項(xiàng)式運(yùn)算實(shí)現(xiàn)
6.3 基于SEAL庫的同態(tài)加密
6.3.1 SEAL庫介紹
6.3.2 SEAL庫的安裝與配置
6.3.3 FV全同態(tài)加密算法原理
6.3.4 基于SEAL庫的矩陣運(yùn)算實(shí)現(xiàn)
6.3.5 基于SEAL庫的密文多項(xiàng)式運(yùn)算實(shí)現(xiàn)
6.4 基于TFHE庫的同態(tài)加密
6.4.1 TFHE庫的安裝和配置
6.4.2 TFHE全同態(tài)加密算法原理
6.4.3 基于TFHE庫的比較器實(shí)現(xiàn)
6.4.4 基于TFHE庫的加法器實(shí)現(xiàn)
附錄
附錄A 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
參考文獻(xiàn)