一种车联网中多方数据保密聚合方法

本发明涉及一种车联网中多方数据保密聚合方法。

背景技术：

1、车联网（internet of vehicles, iov）通过车辆与车辆（v2v）、车辆与基础设施（v2i）的实时通信，实现交通流量优化、碰撞预警和路径规划等功能。在此过程中，车辆需共享位置、速度、传感器数据等多维度信息。然而，原始数据若直接传输至中心服务器或第三方平台，可能导致用户隐私泄露，例如通过轨迹数据推断车主身份或生活习惯，引发重大安全风险。因此，如何在保护数据隐私的前提下完成多方车辆数据的有效聚合，成为车联网领域的关键挑战。

2、安全多方计算（secure multi-party computation, mpc）为上述问题提供了理论框架，允许多个参与方在不泄露各自数据的情况下协同计算目标函数。近年来，mpc技术已逐步应用于车联网场景，如隐私保护的交通流量统计和协同感知。然而，现有方案多集中于单一统计指标（如求和或极值）的计算，难以满足车联网对多维度数据分析的需求。此外，车联网的动态拓扑结构和资源受限的车辆终端对协议的实时性与计算开销提出了更高要求。

3、mpc的发展历程始于1980年代，以姚期智教授的开创性理论为基础，逐渐扩展到包括秘密共享和混淆电路等技术。经过1990年代至2000年代的优化与实践探索，mpc的计算效率逐步提高，并在2010年代进入实用化阶段，广泛应用于金融、医疗等领域6-8]。近年来，mpc技术与其他隐私保护技术相结合，进一步提升了性能和可扩展性，推动了其在大数据和联合机器学习等场景中的应用。

4、近年来，已有许多学者对保密数据聚合进行了研究，并取得了一些成果，但是目前的方案普遍存在着计算、通信和存储开销大的缺点，不适用于车联网。

技术实现思路

1、本发明是为了解决现有保密数据聚合存在计算开销较高，通信轮数较多且二者不能兼顾的问题。

2、一种车联网中多方数据保密聚合方法，运行门限ntru加密系统，各个参与者获得参数和公钥，参与者分别获得子秘密；ntru加密系统中为大素数，为素数；所述保密聚合方法包括：

3、（1）分别将自己的数据集合编码为维的向量；其中a、b个参与者商定的集合的范围值；

4、（2）分别选取随机多项式并运用门限ntru加密系统将中的各个元素进行加密，进而得到；参与者分别将密文向量发送给；

5、（3）将所有的构成一个阶密文矩阵，的密文向量对应于的第行；令，计算，公布；

6、（4）记的列从左到右分别为第列，列，⋯，列，参与者分别计算；

7、；

8、（5）分别选择个随机多项式，运用门限ntru加密系统将加密为，然后分别构造密文向量，；

9、（6）将所有的构成一个阶密文矩阵，的密文向量对应于的第行；；

10、（7）所有参与者运用各自的子秘密，联合对中的每一个元素进行解密；最终各个参与者都得到明文数据；

11、（8）根据中的元素和在步骤（5）选的对应的随机多项式来计算自己的数据在增序联合集合中首次出现的位置；

12、（9），个加密形式的元素中，如果，，，；；

13、（10）；；计算并公布，和/或；

14、（11）所有参与者运用各自的子秘密，联合对，和/或，和/或进行解密，最终各个参与者都得到对应的明文数据。

15、（11）所有参与者运用各自的子秘密，联合对，和/或，和/或进行解密，最终各个参与者都得到对应的明文数据。

16、进一步地所述方法还包括：

17、步骤（10）中还计算并公布，

18、步骤（11）中参与者还对进行解密，得到对应的明文数据；如果1，分别令，如果，分别令。

19、（12）分别计算；分别根据和自己的数据集合中的各个数据计算，中包含元素的数量；分别将发送给参与者；

20、（13）；

21、（14）。

22、一种车联网中多方数据保密聚合方法，运行门限ntru加密系统，各个参与者获得参数和公钥，参与者分别获得子秘密；ntru加密系统中为大素数，和为素数；所述保密聚合方法包括：

23、（1）分别将自己的数据集合编码为维的向量；中a、b为个参与者商定的集合的范围值；

24、（2）分别选取随机多项式并运用门限ntru加密系统将中的各个元素进行加密，进而得到，，；分别计算；参与者分别将密文向量发送给，；

25、（3）利用公钥验证是否成立，验证通过则继续，表示取模运算，为门限ntru加密中的多项式最高次幂项；将所有的构成一个阶密文矩阵，的密文向量对应于的第行；令，计算，公布和；

26、（4）记的列从左到右分别为第：

27、，

28、，

29、（5）分别选择个随机多项式，运用门限ntru加密系统将加密为，分别构造密文向量，，令；；

30、（6）将所有的构成一个阶密文矩阵，的密文向量对应于的的第行；向其他参与者公布；

31、（7）所有参与者运用各自的子秘密，联合对中的每一个元素进行解密；最终各个参与者都得到明文数据和明文矩阵；

32、（8）根据中的元素和在步骤（5）选的对应的随机多项式来计算自己的数据在增序联合集合中首次出现的位置；的数据占有的位置为从；

33、（9）分别构造一个维向量，个加密形式的元素中，如果；，其中为加密或加密“0”时选择的随机多项式；分别将发送给参与者；

34、（10）利用公钥验证是否成立，验证通过则继续；将所有的构成一个阶密文矩阵，的密文向量对应于的第行；构造一个向量，计算并公布；；

35、（11）分别验证是否成立验证通过则继续；；

36、所有参与者运用各自的子秘密，联合对，以及和/或进行解密，最终各个参与者都得到对应的明文数据。

37、进一步地，所述方法还包括：

38、步骤（11）中还计算并公布，

39、参与者还对进行解密，得到对应的明文数据；如果分别令。

40、（12）分别计算分别根据和自己的数据集合中的各个数据计算为中包含元素的数量；分别将发送给参与者；

41、（13）；

42、（14）。

43、有益效果：

44、本发明可以兼顾计算开销和通信轮数的问题，在保证计算开销较低的基础上大幅降低通信轮数。此外本发明的隐私安全较高，尤其是本发明协议2的方案，各个参与者的私密数据被加密后得到的密文只能通过所有参与者进行联合解密，即便是成员集合中的所有成员一起进行合谋，也不能解密出协议执行过程中所生成的任何一个密文，本发明具有较高的安全性。此外本发明可以根据需要进行所有保密计算内容的聚合。

1.一种车联网中多方数据保密聚合方法，其特征在于：运行门限ntru加密系统，各个参与者获得参数、、和公钥，参与者分别获得子秘密；ntru加密系统中为大素数，和为素数；所述保密聚合方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种车联网中多方数据保密聚合方法，其特征在于：所述方法还包括：

3.根据权利要求2所述的一种车联网中多方数据保密聚合方法，其特征在于：所述方法还包括：

4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种车联网中多方数据保密聚合方法，其特征在于：分别将自己的数据集合编码为向量的过程包括：

5.根据权利要求4所述的一种车联网中多方数据保密聚合方法，其特征在于：分别选取随机多项式并运用门限ntru加密系统将中的各个元素进行加密的，其中表示运用门限ntru加密系统进行加密操作，为用 加密时 选取随机多项式，表示取模运算，为门限ntru加密中的多项式最高次幂项。

6.一种车联网中多方数据保密聚合方法，其特征在于：运行门限ntru加密系统，各个参与者获得参数、、和公钥，参与者分别获得子秘密；ntru加密系统中为大素数，和为素数；所述保密聚合方法包括：

7.根据权利要求6所述的一种车联网中多方数据保密聚合方法，其特征在于：所述方法还包括：

8.根据权利要求7所述的一种车联网中多方数据保密聚合方法，其特征在于：所述方法还包括：

9.根据权利要求6至8任意一项所述的一种车联网中多方数据保密聚合方法，其特征在于：分别将自己的数据集合编码为向量的过程包括：

10.根据权利要求9所述的一种车联网中多方数据保密聚合方法，其特征在于：分别选取随机多项式并运用门限ntru加密系统将中的各个元素进行加密的，其中表示运用门限ntru加密系统进行加密操作，为用 加密时 选取随机多项式，表示取模运算，为门限ntru加密中的多项式最高次幂项。