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引言

2022年12月，人工智能迎来了一件大事，OpenAI的ChatGPT横空诞生，成为了现象级产品。如果说算力是人工智能的发动机，那么数据则是人工智能的Gasoline。

互联网平台的封闭导致了信息孤岛, 从而降低了数据公开流通，和数据要素价值，数据流通是实现数据社会化利用和实现数据资源价值的必然路径。随着国内数据二十条政策落地，支持依法依规在场内场外采取开放、共享、交换、交易等方式流通数据，为数据共享提供了法律和政策指导，推动了数据开放、流通和共享的发展。

数据二十条对数据安全提出了一定的要求：

• 数据安全保护：在数据共享过程中，必须采取适当的安全措施，保护数据的机密性、完整性和可用性，防止未经授权的访问、使用和泄露。
• 数据访问和使用权限：数据共享应该建立明确的访问和使用权限，确保只有授权的用户可以访问和使用数据，并限制数据的滥用和不当使用。
• 数据共享协议和契约：数据共享应该建立在明确的协议和契约基础上，明确各方的权利和责任，确保数据共享的合法性和可持续性。

本文将要介绍的技术主要针对数据安全保护，在数据共享过程中保证数据的机密性。

代理重加密

代理重加密（Proxy Re-encryption， 简称PRE）方案是一种密码系统，允许第三方（代理）修改为某一方（数据提供方)加密的密文，以便其他方(数据使用方) 能够解密该密文。

PRE方案主要有以下特点：

• 委托（Delegation）- 允许消息接收者（密钥持有者）基于他的密钥和被委托用户的密钥生成一个重加密密钥。代理将使用这个重加密密钥作为输入，通过重加密函数将密文转换为被委托用户的密钥。非对称代理重加密方案有双向和单向两种类型。
• 传递性（Transitivity）- 传递性代理重加密方案允许对密文进行无限次的重加密。例如，一个密文可以从Bob重新加密为Charlie，然后再从Charlie重新加密为David，依此类推。非传递性方案只允许对给定密文进行一次（或有限次数）的重加密。大多数已知的方案都是双向和传递性的。目前，唯一已知的单向传递性代理重加密是通过同态加密实现的。

PRE方案常用于云环境下的数据安全共享。

无PRE数据安全共享

在下图中，Alice为数据提供方，Bob为数据使用方，Alice和Bob分别维护自己的加密公私钥。

• Alice加密数据上传到云存储
• 当Alice需要向Bob共享数据时，需要获取Bob的加密公钥
• Alice使用Bob的加密公钥对数据进行加密，并上传到云存储，如：密文数据 for Bob
• Bob下载密文数据，并本地解密获取明文数据

使用PRE进行数据共享

• Alice将数据加密，并将加密后的数据上传到云存储
• 当Alice需要向Bob共享数据时，需要获取Bob的加密公钥
• Alice生成重加密密钥，并发送给代理重加密服务（Proxy Re-encryption Service)
• 代理重加密服务基于重加密密钥和步骤1中的加密数据，生成重加密密文数据
• Bob下载密文数据，并使用本地私钥进行解密，获取明文

代理重加密关键流程

代理重加密方案涉及五元组<KeyGen, Encrypt, ReGenKey, ReEncrypt, Decrypt>

• KeyGen：本地密钥生成函数
• Encrypt: 数据加密函数
• ReGenKey：重加密密钥生成函数
• ReEncrypt：数据重加密函数
• Decrypt：数据解密函数

• 数据提供方Alice和数据使用方Bob使用KeyGen函数，分别生成本地公私钥
• Alice使用Encrypt函数对明文信息M进行加密，并将密文数据C上传到代理重加密服务Proxy
• 数据使用方提供加密公钥，并发送给Alice
• Alice使用ReGenKey函数，生成针对Bob的重加密密钥，并发送给Proxy
• Proxy使用ReEncrypt，并基于密文数据C和重加密密钥，生成新的密文数据：重加密密文数据
• Bob获取重加密密文数据，并使用本地私钥进行解密

以上方案中数据加解密使用了非对称算法，众所周知非对称算法性能较低，因此在实际应用中，一般会使用对称算法对数据进行加密，并使用代理重加密对对称密钥进行加密共享，由于对称密钥只有几十字节，所以性能会提升几个数量级。方案和流程如下：

优化版代理重加密方案涉及8元组<SymKeyGen, SymEncrypt, SymDecrypt, KeyGen, Encrypt, ReGenKey, ReEncrypt, Decrypt>

• KeyGen, Encrypt, ReGenKey, ReEncrypt, Decrypt与前文同，不再赘述

• SymKeyGen：对称算法密钥生成函数

• SymEncrypt：对称加密函数

• SymDecrypt：对称机密函数

• 数据提供方和数据使用方使用KeyGen函数，分别生成本地公私钥。同时Alice生成对称密钥（随机数）

• Alice使用Encrypt函数对明文信息M进行加密，并将密文数据C上传到代理重加密服务Proxy

• 数据使用方提供加密公钥，并发送给Alice

• Alice使用ReGenKey函数，生成针对Bob的重加密密钥，并发送给Proxy

• Proxy使用ReEncrypt，并基于密文数据C和重加密密钥，生成新的密文数据：重加密密文数据

• Bob获取重加密密文数据，并使用本地私钥进行解密

实践&应用

这里主要介绍demo以及相关应用

总结

在这里总结本文的主要内容和结论，强调解决问题的重要性和意义。
在这里展望未来的发展方向和可能的研究方向，让读者了解本文的研究价值和意义。

参考资料

在这里列出本文所引用的参考文献，让读者了解本文的来源和参考资料。

• 参考资料1
• 参考资料2