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- 引言
- 代理重加密
- 代理重加密關鍵流程
- 實踐&應用
- 總結
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引言
2022年12月，人工智慧迎來了一件大事，OpenAI的ChatGPT橫空誕生，成為了現象級產品。如果說算力是人工智慧的發動機，那麼資料則是人工智慧的Gasoline。
網際網路平臺的封閉導致了資訊孤島, 從而降低了資料公開流通，和資料要素價值，資料流通是實現資料社會化利用和實現資料資源價值的必然路徑。隨著國內資料二十條政策落地，支援依法依規在場內場外採取開放、共享、交換、交易等方式流通資料，為資料共享提供了法律和政策指導，推動了資料開放、流通和共享的發展。
資料二十條對資料安全提出了一定的要求：
- 資料安全保護：在資料共享過程中，必須採取適當的安全措施，保護資料的機密性、完整性和可用性，防止未經授權的訪問、使用和洩露。
- 資料訪問和使用許可權：資料共享應該建立明確的訪問和使用許可權，確保只有授權的使用者可以訪問和使用資料，並限制資料的濫用和不當使用。
- 資料共享協議和契約：資料共享應該建立在明確的協議和契約基礎上，明確各方的權利和責任，確保資料共享的合法性和可持續性。
本文將要介紹的技術主要針對資料安全保護，在資料共享過程中保證資料的機密性。
代理重加密
代理重加密（Proxy Re-encryption， 簡稱PRE）方案是一種密碼系統，允許第三方（代理）修改為某一方（資料提供方)加密的密文，以便其他方(資料使用方) 能夠解密該密文。
PRE方案主要有以下特點：
- 委託（Delegation）- 允許訊息接收者（金鑰持有者）基於他的金鑰和被委託使用者的金鑰生成一個重加密金鑰。代理將使用這個重加密金鑰作為輸入，透過重加密函式將密文轉換為被委託使用者的金鑰。非對稱代理重加密方案有雙向和單向兩種型別。
- 傳遞性（Transitivity）- 傳遞性代理重加密方案允許對密文進行無限次的重加密。例如，一個密文可以從Bob重新加密為Charlie，然後再從Charlie重新加密為David，依此類推。非傳遞性方案只允許對給定密文進行一次（或有限次數）的重加密。大多數已知的方案都是雙向和傳遞性的。目前，唯一已知的單向傳遞性代理重加密是透過同態加密實現的。
PRE方案常用於雲環境下的資料安全共享。
無PRE資料安全共享
在下圖中，Alice為資料提供方，Bob為資料使用方，Alice和Bob分別維護自己的加密公私鑰。
- Alice加密資料上傳到雲端儲存
- 當Alice需要向Bob共享資料時，需要獲取Bob的加密公鑰
- Alice使用Bob的加密公鑰對資料進行加密，並上傳到雲端儲存，如：
密文資料 for Bob - Bob下載密文資料，並本地解密獲取明文資料
使用PRE進行資料共享
- Alice將資料加密，並將加密後的資料上傳到雲端儲存
- 當Alice需要向Bob共享資料時，需要獲取Bob的加密公鑰
- Alice生成重加密金鑰，併傳送給代理重加密服務（Proxy Re-encryption Service)
- 代理重加密服務基於重加密金鑰和步驟1中的加密資料，生成重加密密文資料
- Bob下載密文資料，並使用本地私鑰進行解密，獲取明文
| 對比 \ 資料共享 | 不使用PRE | 使用PRE |
|---|---|---|
| 效能 | 低，需要資料提供者進行本地加密， 效能依賴於本地算力 |
高，代理重加密服務部署在雲端， 可以藉助雲端計算能力 |
| 易用性 | 中 | 中，對於資料提供者和資料使用者來說, 難度與不適用PRE相差不大 |
| 複雜度 | 低，基於基礎密碼演算法， 複雜度相對較低 |
依賴於PRE方案和Proxy服務， 流程較為複雜，有一定的實現和運維難度 |
| 安全性 | 高 | 較高，雲廠商和資料使用方存在合謀風險，但攻擊有限 |
代理重加密關鍵流程
代理重加密方案涉及五元組<KeyGen, Encrypt, ReGenKey, ReEncrypt, Decrypt>
- KeyGen：本地金鑰生成函式
- Encrypt: 資料加密函式
- ReGenKey：重加密金鑰生成函式
- ReEncrypt：資料重加密函式
- Decrypt：資料解密函式
- 資料提供方Alice和資料使用方Bob使用KeyGen函式，分別生成本地公私鑰
- Alice使用Encrypt函式對明文資訊M進行加密，並將密文資料C上傳到代理重加密服務Proxy
- 資料使用方提供加密公鑰，併傳送給Alice
- Alice使用ReGenKey函式，生成針對Bob的重加密金鑰，併傳送給Proxy
- Proxy使用ReEncrypt，並基於密文資料C和重加密金鑰，生成新的密文資料：重加密密文資料
- Bob獲取重加密密文資料，並使用本地私鑰進行解密
以上方案中資料加解密使用了非對稱演算法，眾所周知非對稱演算法效能較低，因此在實際應用中，一般會使用對稱演算法對資料進行加密，並使用代理重加密對對稱金鑰進行加密共享，由於對稱金鑰只有幾十位元組，所以效能會提升幾個數量級。方案和流程如下：
最佳化版代理重加密方案涉及8元組<SymKeyGen, SymEncrypt, SymDecrypt, KeyGen, Encrypt, ReGenKey, ReEncrypt, Decrypt>
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KeyGen, Encrypt, ReGenKey, ReEncrypt, Decrypt與前文同，不再贅述
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SymKeyGen：對稱演算法金鑰生成函式
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SymEncrypt：對稱加密函式
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SymDecrypt：對稱機密函式
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資料提供方和資料使用方使用KeyGen函式，分別生成本地公私鑰。同時Alice生成對稱金鑰（隨機數）
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Alice使用Encrypt函式對明文資訊M進行加密，並將密文資料C上傳到代理重加密服務Proxy
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資料使用方提供加密公鑰，併傳送給Alice
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Alice使用ReGenKey函式，生成針對Bob的重加密金鑰，併傳送給Proxy
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Proxy使用ReEncrypt，並基於密文資料C和重加密金鑰，生成新的密文資料：重加密密文資料
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Bob獲取重加密密文資料，並使用本地私鑰進行解密
實踐&應用
這裡主要介紹demo以及相關應用
總結
在這裡總結本文的主要內容和結論，強調解決問題的重要性和意義。
在這裡展望未來的發展方向和可能的研究方向，讓讀者瞭解本文的研究價值和意義。
參考資料
在這裡列出本文所引用的參考文獻，讓讀者瞭解本文的來源和參考資料。
- 參考資料1
- 參考資料2