适合异步多方计算的高性能通信基础研究及其应用

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安全多方计算协议致力于解决多方参与、输入保密和无可信第三方等条件下的计算问题。异步网络环境下安全多方计算协议的构造(简称异步多方计算)两方面问题:其一是多方计算本身固有的高通信复杂度问题,其二是异步网络环境下消息传递延迟造成的计算等待问题。已有安全多方计算协议的构造大多基于同步网络通信模型假设,不能有效解决上述两方面问题,也就无法实现高效的异步多方计算协议。鉴于此,本文以适于异步多方计算协议的高性能通信方案为研究对象,主要进行了以下研究工作:  1、体系结构设计。针对多方计算本身固有的高通信复杂度问题,在整合非阻塞通信、异步通信和多播通信优势的基础上,设计了适合异步多方计算的高性能通信体系结构。多播通信的引入,有效降低了通信复杂度;非阻塞、异步通信的引入,有效提升了通信与通信、通信与计算、计算与计算之间的并发性。  2、并发执行模型构造。针对异步网络环境下消息传递延迟造成的计算等待问题,设计了通信与计算的并发执行模型,该模型能够在消息传递延迟期间完成相关计算,减少了因消息传递延迟造成的计算停顿,提高了协议的执行效率。  3、理性密码协议改进。将上述模型进一步推广到多轮次理性密码协议,完成了对理性密码协议的性能改进,提高了协议的正确执行概率。  4、原型实现。基于Java-NIO的非阻塞异步通信和JGroups的多播通信,对支持异步多方计算的高性能通信模块和并发执行模块进行了原型实现,并完成了基于不同通信机制的性能对比实验,结果表明在低带宽、高延迟的异步网络环境下,高性能通信体系结构和并发执行模型能够满足异步多方计算的高性能需求。  理论分析和实验结果表明,本文设计的体系结构能够有效解决多方计算协议在异步网络环境下的性能问题,构造的并发执行模型在多轮次协议的实例中运行良好,能够提升多方计算协议的执行效率,改进的协议满足实际网络环境下更多的应用需求。
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