一种基于双树结构的PVC协议高效优化方法

本发明属于安全协议优化领域，尤其涉及一种基于双树结构的pvc协议高效优化方法。

背景技术：

1、随着互联网和数字化技术的快速发展，数据已成为重要的生产要素，如何在保护数据隐私的前提下实现数据的安全共享与协同计算，已成为学术界和工业界共同关注的重要问题。安全多方计算作为隐私计算的重要技术路线之一，为多方在不泄露各自私有数据的前提下开展联合计算提供了理论基础和技术支撑。根据敌手的行为能力，传统mpc安全模型通常可分为半诚实模型和恶意模型：半诚实模型假设参与方严格遵循协议执行，仅尝试从接收信息中推断他人秘密，其效率较高但无法抵御主动攻击；恶意模型允许敌手任意偏离协议执行，但往往需要较高的计算和通信代价。为在安全性与效率之间取得平衡，隐蔽安全模型被提出，其允许敌手偏离协议但通过概率性检测机制使作弊行为以较高概率被发现。在此基础上，公开可验证隐蔽安全模型进一步要求：一旦检测到作弊行为，诚实参与方能够生成可由任意第三方独立验证的作弊证据。pvc模型同时具备隐蔽性和公开可验证性两个核心特性，更加符合参与方高度重视信誉和合规性的实际应用场景。

2、然而，现有pvc协议在实际部署过程中仍存在较大的性能开销，主要体现在以下两个方面。首先，在cut-and-choose阶段，为保证检查实例与评估实例的独立性，发送方通常需要为每个协议实例分别生成独立随机种子，并通过不经意传输协议完成随机性的分发。当协议包含λ个实例时，需要执行与λ呈线性关系的ot交互，随着安全参数提高，实例数量不断增加，ot通信开销和计算开销快速增长，成为影响协议效率的重要瓶颈。其次，在实现公开可验证性时，现有pvc协议通常需要对每个协议实例的关键通信记录、承诺等信息分别进行签名认证，当实例数量为λ时，发送方需要生成λ份签名，接收方也需要逐一完成签名的验证，签名计算和验证开销均呈线性增长，进一步限制了pvc协议的扩展能力。上述两个效率瓶颈导致现有pvc协议在大规模电路计算和多方联合计算场景中的部署效率难以满足实际应用需求。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于双树结构的pvc协议高效优化方法，包括：

2、根据安全参数和电路信息，生成多个协议实例；

3、根据主种子构建ggm树，获取所述多个协议实例中每个实例对应的叶节点种子；

4、根据评估实例索引和所述ggm树的路径信息，通过不经意传输协议获取路径验证信息，并根据所述路径验证信息恢复除所述评估实例外的其他实例对应的叶节点种子；

5、根据各实例对应的叶节点种子，生成各实例的协议数据和对应的实例承诺，并记录各实例的通信摘要；

6、根据各实例的实例承诺和通信摘要，构建merkle树，获取根哈希，并对所述根哈希进行数字签名，获取根签名；

7、根据检查实例对应的叶节点种子和所述检查实例的协议数据，验证所述检查实例的实例承诺和通信摘要，并在验证失败时生成作弊证书；

8、根据所述评估实例索引和所述路径验证信息，验证所述评估实例的选择一致性；

9、根据验证通过后的评估实例对应的协议数据，执行混淆电路求值，获取计算结果。

10、可选地，所述根据主种子构建ggm树，获取所述多个协议实例中每个实例对应的叶节点种子，包括：

11、将所述主种子设置为ggm树的根节点种子；

12、根据伪随机数生成器，将当前节点种子扩展为左子节点种子和右子节点种子，作为一次节点扩展操作；

13、将所述左子节点种子和所述右子节点种子作为新的当前节点种子，重复执行所述节点扩展操作，直至生成与所述协议实例数量相同的叶节点种子，每个叶节点种子对应于一个协议实例。

14、可选地，所述根据评估实例索引和所述ggm树的路径信息，通过不经意传输协议获取路径验证信息，包括：

15、确定所述评估实例索引在所述ggm树中对应的路径，所述路径由每一层的路径比特构成；

16、对于所述ggm树的每一层，根据这一层对应的路径比特，确定选择相反方向的节点信息作为该层的路径验证信息；

17、通过执行多次不经意传输协议，获取每一层的路径验证信息，其中每次不经意传输协议传输的发送数据基于对应层左侧全部节点的异或值、右侧全部节点的异或值。

18、可选地，根据所述路径验证信息恢复除所述评估实例外的其他实例对应的叶节点种子，包括：

19、根据所述评估实例索引对应的路径，自顶向下逐层处理；

20、对于每一层，根据获取的层的路径验证信息，通过伪随机数生成器扩展，恢复该层中与所述评估实例路径相反方向的所有子树节点信息；

21、递归执行上述恢复该层中与所述评估实例路径相反方向的所有子树节点信息的步骤，直至获得除所述评估实例外的所有叶节点种子。

22、可选地，所述根据各实例对应的叶节点种子，生成各实例的协议数据和对应的实例承诺，包括：

23、根据各实例对应的叶节点种子派生随机数；

24、根据所述随机数，为每个实例生成混淆电路、输入线标签和输出线标签；

25、对每个实例的所述混淆电路、输入线标签和输出线标签进行承诺，生成对应的实例承诺。

26、可选地，所述根据各实例的实例承诺和通信摘要，构建merkle树，获取根哈希，包括：

27、为每个协议实例构造数据摘要，所述数据摘要包含实例编号、接收方种子承诺、不经意传输通信记录、实例通信摘要和实例承诺；

28、将所有实例的数据摘要设置为merkle树的叶节点；

29、自底向上计算相邻叶节点哈希值的组合哈希，直至获得唯一的根哈希。

30、可选地，所述根据检查实例对应的叶节点种子和所述检查实例的协议数据，验证所述检查实例的实例承诺和通信摘要，包括：

31、根据所述检查实例对应的叶节点种子，重新模拟生成该检查实例的协议数据；

32、根据重新模拟生成的协议数据，计算期望的实例承诺和期望的通信摘要；

33、比较所述期望的实例承诺与接收到的实例承诺，以及所述期望的通信摘要与记录的通信摘要；

34、若任一项比较结果不一致，则判定该检查实例验证失败。

35、可选地，还包括执行judge算法的步骤：

36、根据作弊证书中的实例数据摘要和对应的merkle路径，计算并验证恢复出的根哈希与证书中的根哈希是否一致；

37、根据发送方公钥验证所述根签名的合法性；

38、根据作弊证书中的种子信息重放接收方在不经意传输阶段的执行过程，验证其与证书中的通信记录是否一致；

39、根据恢复的种子信息重放发送方执行协议实例的过程，验证期望的承诺和通信摘要与证书中的是否一致，并根据验证结果判定作弊行为是否存在。

40、另一方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并且可在所述处理器上运行的计算程序，所述处理器执行所述计算程序时实现所述方法。

41、另一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述方法。

42、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

43、本发明在保持pvc协议原有隐蔽安全性与公开可验证性不变的前提下，显著降低了协议的通信与计算开销。在cut-and-choose阶段，通过引入ggm树结构对多实例随机种子的生成与分发过程进行结构化重构，利用ggm树的递归扩展特性，将原本与实例数量线性相关的ot交互复杂度降低至对数级别，有效缓解了大规模实例场景下的通信瓶颈。在公开验证阶段，通过引入merkle树对多个协议实例的数据摘要进行聚合，仅需对根哈希执行一次数字签名即可完成全部实例的统一认证，将签名生成与验证次数从线性规模压缩为常数规模。两种树结构协同优化，使协议整体通信复杂度和计算复杂度均得到显著降低，提高了pvc协议在云计算、多方联合计算及大规模安全多方计算场景中的可扩展性与实际部署效率。