理性委托计算的可组合安全理论及其构造方法研究

The composable security issue of rational delegating computation (RDC) is one of the core issues of application security in Big Data. This project aims to improving the high communication complexity and game-theoretic construction of RDC, we investigate RDC composable security theory and its construction method under the universally composable security with local adversaries. Firstly, by introducing the rational player, we construct the game-theoretic model of RDC and present the notion of RDC. Secondly, based on the game theory and universal composable (UC) theory, we will study practical composable security model of RDC, which achieve equilibrium consistency under both the ideal environment and the actual circumstances. Thirdly, the utility function is suitable for RDC will be designed, and the UC secure RDC will be constructed using the rational proofs. Finally, through combining the concept of algorithmic mechanism design, on the basis of the uniform segmentation and proper scoring rules, we will construct the progressively optimal RDC in terms of communication complexity, without sacrificing protocol security. The proposed composable security RDC provide some theoretical support for the delegate computing service in big data. Meanwhile, the research of this project will provide coordinated and comprehensive securely technical guarantee for the government data opening and sharing under the big data strategy which is preferred by Guizhou province.

理性委托计算的可组合安全是大数据应用安全的核心问题之一。本项目围绕理性委托计算的通信复杂度高及其协议的博弈构造难题，在通用可组合安全框架下研究理性委托计算的组合安全理论及其构造方法。首先，引入理性参与者构建委托计算的博弈论模型，提出理性委托计算；其次，深度融合博弈论和可组合安全理论，构建满足理想环境和现实环境下均衡一致的实用理性委托计算的可组合安全模型；再次，设计适用于理性委托计算的效用函数，基于理性证明系统构造可组合安全的理性委托计算协议；最后，基于算法机制设计，以均匀分割思想和合理评分规则为优化基础，构造在保障协议安全性不降低的条件下具有最优通信复杂度的理性委托计算协议。本项目提出的理性委托计算协议，为解决大数据环境下委托计算的效率和组合安全问题提供一定的理论依据和技术支持；同时通过本项目的研究，为贵州省优先发展大数据战略下的政府数据开放共享提供协同式、综合化的安全技术保障。

理性委托计算引入了博弈论中的理性参与者，其有限理性特征使得方案的构造与传统方式不同，安全模型也随之变化。本课题围绕理性委托计算的可组合安全理论和构造方法展开研究，重点研究理性委托计算的博弈模型，理性委托计算的可组合安全理论和委托计算的博弈构造方法。从委托计算的博弈形式化描述方法，到理性密码协议的模块化、可组合性、可证明安全等多方面需求，研究如何基于效用函数构建安全可靠的理性委托计算协议，特别是在博弈模型下构建理性委托计算的通用可组合安全理论和方法，解决博弈论场景下委托计算协议的有效构造及其可证明安全问题。具体成果有：（1）在理性委托计算的博弈模型方面，提出了理性委托计算协议的博弈论模型、理性外包计算的博弈论机制、公平理性委托计算协议以及分析了理性密码协议研究进展等。（2）在理性委托计算的通用可组合安全模型方面，提出了理性委托计算的通用可组合机制、通用可组合框架下公平理性委托计算方案、通用可组合框架下基于信誉和合同理论的理性委托计算方案、通用可组合框架下的公平理性委托计算等；（3）在优化理性委托计算的通信复杂度方面，提出了D2D通信中具有最优轮复杂度的理性委托计算协议、通用可组合框架下基于信誉和契约理论的理性委托计算模型、基于信息论与博弈论的理性委托计算协议、优化验证过程的委托计算的合作博弈模型、基于博弈论的理性秘密共享方案、激励兼容的理性委托计算方案等。最后，针对相关应用领域，探讨了相关应用协议设计。. 项目组在理性委托计算的形式化定义及机制设计、博弈论模型的设计、通用可组合安全模型的设计及方案的形式化安全性分析、通信效率的优化等方面，有突破和创新，部分成果形成了独有特色，为从理性的角度解决信息安全问题提供了一种新的思路。更为重要的是，该项目的实施为贵州大学密码学和数据安全人才培养和团队建设起到了重要的促进作用。