ГОМОМОРФНЕ ШИФРУВАННЯ ДАНИХ У ХМАРНИХ СХОВИЩАХ МЕТОДОМ МАТРИЧНИХ ПОЛІНОМІВ

The subject matter of the study is the encryption of information in cloud data computation and storage. Cloud technologies enable reducing the cost of IT infrastructure significantly and responding to changes in computing needs flexibly. In this case, the possibilities to perform calculations on the encrypted data without decrypting should be provided. Fully homomorphic encryption has this feature. The goal of this article is to increase the efficiency of fully homomorphic encryption (FHE) on the basis of matrix polynomials using the method of batch encryption to one ciphertext of several plaintexts with the subsequent complex processing of encrypted data. Batch encryption comes down to the fact that while conducting the operation on two ciphertexts, operations are simultaneously conducted coordinatewise on all the data contained in these ciphertexts in the form of plaintexts (SIMD). The task is the construction of algorithms of fully homomorphic data encryption using matrix polynomials. The following encryption methods are used in the article: the use of the Chinese remainder theorem; recording several different eigenvalues with different eigenvectors to the same matrix; the interpolation of matrix polynomials. The following results were obtained: possible approaches to constructing a batch EHE on the basis of matrix polynomials were described and analyzed, a set of algorithms that implement the FHE crypto scheme with interpolation of matrix polynomials was presented. The above algorithms and crypto schemes enable transmitting information in messages and data in queries as a plain text because an unlimited number of complex algebraic operations can be performed on the encrypted data, which makes it difficult to decrypt and read data without the knowledge of the entire algorithm. The constructed crypto schemes were shown as more efficient than analogues developed by IBM researchers. The following conclusion can be made: a batch fully homomorphic encryption using matrix polynomials can eliminate the need for at least partial decryption of data to carry out unauthorized computation on encrypted cloud data arrays.Предметом исследования является шифрование информации в облачных вычислениях и хранилищах данных. Облачные технологии позволяют значительно сократить расходы на ИТ-инфраструктуру и гибко реагировать на изменения вычислительных потребностей. В таком случае должно быть обеспечено возможности проведения вычислений над зашифрованными данными без их дешифровки. Таким свойством обладает полностью гомоморфного шифрования. Целью данной статьи является повышение эффективности полностью гомоморфного шифрования (ПГШ) на основе матричных полиномов с помощью метода пакетного шифрования в один шифротекст нескольких открытых текстов с последующей комплексной обработкой зашифрованных данных. Пакетное шифрование сводится к тому, что при одной операции над двумя шифротекста происходит одновременное выполнение операций покоординатно над всеми данными, содержащимися в этих шифротекста в виде открытых текстов (SIMD). Задачами определено построение алгоритмов полностью гомоморфного шифрования данных с помощью матричных полиномов. В статье использованы методы шифрования: с использованием китайской теоремы об остатках; путем записи в одной матрицы нескольких различных собственных значений при различных собственных векторах; с помощью интерполяции матричных полиномов. В результате описано и проанализированы возможные подходы к построению пакетных ПГШ на основании матричных полиномов, а также представлены набор алгоритмов, реализующих криптосхему ПГШ с интерполяцией матричных полиномов. Приведенные алгоритмы и криптосхемы позволяют передавать информацию в сообщениях и данные в запросах в виде открытого текста, поскольку над шифрованными данными можно совершать неограниченное количество сложных алгебраических операций, что затрудняет возможность расшифровки и считывания данных без знания всего алгоритма. Было показано, что построенные криптосхемы превосходят аналоги по эффективности, разработанные исследователями из IBM. Можно сделать следующий вывод: пакетное полностью гомоморфного шифрования на основе матричных полиномов способно исключить необходимость хотя бы частичной расшифровки данных для несанкционированных вычислений над зашифрованными массивами данных в облачных хранилищах.Предметом дослідження є шифрування інформації в хмарних обчисленнях і сховищах даних. Хмарні технології дозволяють значно скоротити витрати на ІТ-інфраструктуру і гнучко реагувати на зміни обчислювальних потреб. В такому випадку має бути забезпечено можливість проведення обчислень над зашифрованими даними без їх дешифрування. Таку властивість має повністю гомоморфне шифрування. Метою даної статті є підвищення ефективності повністю гомоморфного шифрування (ПГШ) на основі матричних поліномів за допомогою методу пакетного шифрування в один шифротекст декількох відкритих текстів з наступною комплексною обробкою зашифрованих даних. Пакетне шифрування зводиться до того, що при одній операції над двома шифротекстами відбувається одночасне виконання операцій покоординатно над усіма даними, що містяться в цих шифротекстах у вигляді відкритих текстів (SIMD). Завданнями визначено побудову алгоритмів повністю гомоморфного шифрування даних за допомогою матричних поліномів. У статті використано методи шифрування: з використанням китайської теореми про залишки; шляхом запису в одній матриці декількох різних власних значень при різних власних векторах; за допомогою інтерполяції матричних поліномів. В результаті описано та проаналізовано можливі підходи до побудови пакетних ПГШ на підставі матричних поліномів, а також представлено набір алгоритмів, що реалізують криптосхему ПГШ з інтерполяцією матричних поліномів. Наведені алгоритми і криптосхеми дозволяють передавати інформацію в повідомленнях і дані в запитах як відкритий текст, бо над шифрованими даними можна здійснювати необмежену кількість складних алгебраїчних операцій. Це, у свою чергу, ускладнює можливість дешифрування і зчитування даних без знання всього алгоритму. Було показано, що побудовані криптосхеми перевершують аналоги по ефективності, які розроблені дослідниками з IBM. Можна зробити наступний висновок: пакетне повністю е шифрування на основі матричних поліномів здатне виключити необхідність хоча б часткового дешифрування даних для несанкціонованих обчислень над зашифрованими масивами даних у хмарних сховищах

ГОМОМОРФНЕ ШИФРУВАННЯ ДАНИХ У ХМАРНИХ СХОВИЩАХ МЕТОДОМ МАТРИЧНИХ ПОЛІНОМІВ

Предметом дослідження є шифрування інформації в хмарних обчисленнях і сховищах даних. Хмарні технології дозволяють значно скоротити витрати на ІТ-інфраструктуру і гнучко реагувати на зміни обчислювальних потреб. В такому випадку має бути забезпечено можливість проведення обчислень над зашифрованими даними без їх дешифрування. Таку властивість має повністю гомоморфне шифрування. Метою даної статті є підвищення ефективності повністю гомоморфного шифрування (ПГШ) на основі матричних поліномів за допомогою методу пакетного шифрування в один шифротекст декількох відкритих текстів з наступною комплексною обробкою зашифрованих даних. Пакетне шифрування зводиться до того, що при одній операції над двома шифротекстами відбувається одночасне виконання операцій покоординатно над усіма даними, що містяться в цих шифротекстах у вигляді відкритих текстів (SIMD). Завданнями визначено побудову алгоритмів повністю гомоморфного шифрування даних за допомогою матричних поліномів. У статті використано методи шифрування: з використанням китайської теореми про залишки; шляхом запису в одній матриці декількох різних власних значень при різних власних векторах; за допомогою інтерполяції матричних поліномів. В результаті описано та проаналізовано можливі підходи до побудови пакетних ПГШ на підставі матричних поліномів, а також представлено набір алгоритмів, що реалізують криптосхему ПГШ з інтерполяцією матричних поліномів. Наведені алгоритми і криптосхеми дозволяють передавати інформацію в повідомленнях і дані в запитах як відкритий текст, бо над шифрованими даними можна здійснювати необмежену кількість складних алгебраїчних операцій. Це, у свою чергу, ускладнює можливість дешифрування і зчитування даних без знання всього алгоритму. Було показано, що побудовані криптосхеми перевершують аналоги по ефективності, які розроблені дослідниками з IBM. Можна зробити наступний висновок: пакетне повністю е шифрування на основі матричних поліномів здатне виключити необхідність хоча б часткового дешифрування даних для несанкціонованих обчислень над зашифрованими масивами даних у хмарних сховищах