委托计算是云计算与大数据环境下解决任务授权的一种计算方式。理性委托计算通过在传统委托计算中引入博弈论思想,将参与者视为基于理性思考的自利者,探究理性参与者的“偏好”和“行为”给计算任务带来的影响往往更具有现实意义。通用可组合（Universally Composable,UC）框架作为一种形式化的安全协议分析与设计方法,它适用于协议执行的异步性及并发性、多用户和多实例的复杂网络环境下的应用需求。因此,探究理性委托计算在UC框架的安全性更符合现实安全需求。论文以博弈论、委托计算、通用可组合安全理论为工具,对理性委托计算的可组合模型和协议设计进行研究,研究内容涉及基于理性敌手的委托计算可组合机制、UC框架下的公平理性委托计算方案、UC框架下基于信誉和合同理论的理性委托计算方案。具体工作如下:1.针对理性委托计算的可组合安全问题,设计基于理性敌手的委托计算可组合机制。首先,引入理性外部敌手,通过设计委托合同、贿赂合同和背叛合同描述委托方、计算方和外部敌手的交互机制,进而建立三方博弈模型。其次,分析理性委托计算场景中需要满足计算结果的正确性和可靠性、数据的隐私性、参与者的理性决策以及敌手模型,基于通用可组合安全理论构建理性委托计算理想函数。再次,基于全同态加密技术设计可安全实现理想函数的理性委托计算协议。最后,方案分析表明设计的协议同时满足正确性和UC安全性。2.针对委托方与计算方之间的经济公平性问题,提出UC框架下的公平理性委托计算方案。首先,分析委托方与计算方之间的攻击自利行为建立具有完美信息的动态两方博弈。其次,利用密码学的区块链模型设计公平理性委托计算方案,其中,在理想世界构造满足安全需求的公平理性委托计算理想函数;在现实世界利用智能合约和简洁承诺证明设计公平理性委托计算协议。最后,对方案进行分析与证明,结果表明协议能够安全实现理想函数,且当委托方与计算方均选择诚实行为时,双方效用达到最大,此时无需调用第三方合约进行仲裁。3.针对委托方与计算方之间的信息不对称问题,提出UC框架下基于信誉和合同理论的理性委托计算方案。首先,结合直接信誉和间接信誉设计全局信誉激励模型,使得委托方可根据自己的信誉要求选择合适的计算方。其次,利用合同理论中的信息甄别模型和隐藏行动的道德风险模型设计满足个人理性和激励相容约束最优激励机制。再次,利用通用可组合安全理论设计基于信誉和合同理论的理性委托计算安全模型,并设计可安全实现理想函数的现实协议。最后,通过协议分析可知该协议在UC框架下仍满足安全性。