Orientadores: Ricardo Dahab, Diego de Freitas AranhaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Nesta tese nosso tema de pesquisa é a encriptação homomórfica, com foco em uma solução prática e segura para encriptação parcialmente homomórfica (somewhat homomorphic encryption - SHE), considerando o modelo de segurança conhecido como ataque de texto encriptado escolhido (chosen ciphertext attack - CCA). Este modelo pode ser subdividido em duas categorias, a saber, CCA1 e CCA2, sendo CCA2 o mais forte. Sabe-se que é impossível construir métodos de encriptação homomórfica que sejam CCA2-seguros. Por outro lado, é possível obter segurança CCA1, mas apenas um esquema foi proposto até hoje na literatura; assim, seria interessante haver outras construções oferecendo este tipo de segurança. Resumimos os principais resultados desta tese de doutorado em duas contribuições. A primeira é mostrar que a família NTRU de esquemas SHE é vulnerável a ataques de recuperação de chave privada, e portanto não são CCA1-seguros. A segunda é a utilização de computação verificável para obter esquemas SHE que são CCA1-seguros e que podem ser usados para avaliar polinômios multivariáveis quadráticos. Atualmente, métodos de encriptação homomórfica são construídos usando como substrato dois problemas de difícil solução: o MDC aproximado (approximate GCD problem - AGCD) e o problema de aprendizado com erros (learning with errors - LWE). O problema AGCD leva, em geral, a construções mais simples mas com desempenho inferior, enquanto que os esquemas baseados no problema LWE correspondem ao estado da arte nesta área de pesquisa. Recentemente, Cheon e Stehlé demonstraram que ambos problemas estão relacionados, e é uma questão interessante investigar se esquemas baseados no problema AGCD podem ser tão eficientes quanto esquemas baseados no problema LWE. Nós respondemos afirmativamente a esta questão para um cenário específico: estendemos o esquema de computação verificável proposto por Fiore, Gennaro e Pastro, de forma que use a suposição de que o problema AGCD é difícil, juntamente com o esquema DGHV adaptado para uso do Teorema Chinês dos Restos (Chinese remainder theorem - CRT) de forma a evitar ataques de recuperação de chave privadaAbstract: In this thesis we study homomorphic encryption with focus on practical and secure somewhat homomorphic encryption (SHE), under the chosen ciphertext attack (CCA) security model. This model is classified into two different main categories: CCA1 and CCA2, with CCA2 being the strongest. It is known that it is impossible to construct CCA2-secure homomorphic encryption schemes. On the other hand, CCA1-security is possible, but only one scheme is known to achieve it. It would thus be interesting to have other CCA1-secure constructions. The main results of this thesis are summarized in two contributions. The first is to show that the NTRU-family of SHE schemes is vulnerable to key recovery attacks, hence not CCA1-secure. The second is the utilization of verifiable computation to obtain a CCA1-secure SHE scheme that can be used to evaluate quadratic multivariate polynomials. Homomorphic encryption schemes are usually constructed under the assumption that two distinct problems are hard, namely the Approximate GCD (AGCD) Problem and the Learning with Errors (LWE) Problem. The AGCD problem leads, in general, to simpler constructions, but with worse performance, wheras LWE-based schemes correspond to the state-of-the-art in this research area. Recently, Cheon and Stehlé proved that both problems are related, and thus it is an interesting problem to investigate if AGCD-based SHE schemes can be made as efficient as their LWE counterparts. We answer this question positively for a specific scenario, extending the verifiable computation scheme proposed by Fiore, Gennaro and Pastro to work under the AGCD assumption, and using it together with the Chinese Remainder Theorem (CRT)-version of the DGHV scheme, in order to avoid key recovery attacksDoutoradoCiência da ComputaçãoDoutor em Ciência da Computação143484/2011-7CNPQCAPE
