[发明专利]一种同态加密在学生心理健康调查中的系统设计与实现方法

权利要求书

1.一种同态加密在学生心理健康调查中的系统设计与实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1:用户购买服务商的密钥生成器，假设密钥生成器是一个类似U盘的外部设备，只有持有该设备的用户才可以生成密钥，密钥生成器有自己的序列号，用户初次使用先激活密钥生成器，然后生成身份鉴别码、并且设置登录口令，生成的密钥包括全同态加密算法的公私钥对，以及AES的密钥；

步骤2：存储在云平台的信息来自不同的用户，因此必须对不同用户的数据进行隔离管理，在云平台为每一个购买了密钥生成器的用户分配云端空间，用户只有身份鉴别码和口令同时正确的时候才能登入云平台；

步骤3:认证成功后，用户在云端界面选择自己要进行的调查测试试题，可以选择心理健康测试、职业素质测试试题；在填写完测试试题后通过系统的客户端将结果提交，系统自动对提交答案进行AES加密，并且对于需要计算的选项进行全同态加密；云端系统根据自己的规则自动对提交的密文数据进行计算评估从而得到相应的评测结果；

步骤4：用户在自己的云端空间可以直接下载加密的评测结果并解密，得到评测结果；提供了一个离线的报表生成系统，用户只需要提供自己解密后的数据，就可以直接进行数据可视化，看到系统为自己生成的各种报表以及自己的心理健康评测结果和推荐意见；

步骤5：用户有自主选择上传评测结果至云平台的权利，云平台获取评测结果后能够对云端调查报告进行统计分析，从而得到整体的学生心理健康调查报表。

2.根据权利要求1所述的一种同态加密在学生心理健康调查中的系统设计与实现方法，其特征在于，步骤1中，用户初次使用先激活密钥生成器，然后生成身份鉴别码、并且设置登录口令的具体过程为：

步骤1.1：系统通过服务提供商提供的生产序列号判断是否首次激活；

步骤1.2：初次激活时用户设置登录口令，生成somewhat密码的公私钥对以及AES算法的密钥，利用随机数生成身份鉴别码；

步骤1.3：初次激活后密钥生成器之后，密钥生成器将删除厂商序列号，仅保留密钥和身份鉴别码，并且被设置为仅可调用模式，不可读也不可写，只能完成指定的功能。

3.根据权利要求1所述的一种同态加密在学生心理健康调查中的系统设计与实现方法，其特征在于，步骤3中，系统自动对提交答案进行AES加密，并且对于需要计算的选项进行全同态加密，选择的全同态算法是基于RSA的乘法同态性和Paillier的加法同态性构造的全同态算法Somewhat；具体过程为：

步骤3.1：首先系统进行初始化产生Paillier公私钥P-PK(n,g)、P-SK(λ,n)假设有两个大素数p、q，n＝pq，再记公钥则是(n,g)，私钥则是λ(n)＝lcm(p-1,q-1)；

以及RSA的公私钥R-PK(n,e)、R-SK(n,d)，假设有两个大素数根据欧拉定理然后随机选择整数d、e，使得可得公钥(n,e)私钥(n,d)；

步骤3.2：在心理健康评测场景下，评测结果是根据一个个多项式计算请求来的，若用户在评测界面选择的选项代表一个算术多项式其中b₁,b₂....b_n表示需要进行乘除运算的数，a₁,a₂...a_n表示需要进行加减运算的数，为一个常数，此式具有很强的代表性，含有加减乘除混合运算，且有常数，把计算交给云端的私有云服务器上的加解密机EDM，EDM通过特定的“语法和词法分析器”将计算请求拆分成一个个计算向量α，β，Z；

步骤3.3：客户端使用P-PK(n,g)对向量α(a₁,a₂,...,a_n)进行Paillier加密，发送密文数据E_P-PK(a₁),E_P-PK(a₂),....,E_P-PK(a_n)到云端，云端对其进行同态加法运算；

步骤3.4：客户端对步骤3.3的运算结果使用P-SK(λ,n)解密并且添加到计算向量β(b₁,b₂,...,b_n)中，使用R-PK(n,e)进行RSA加密，发送密文数据E_R-PK(b₁),E_R-PK(b₂),...,E_R-PK(b_n)到云端，云端对其进行同态乘法运算；

步骤3.5:客户端对步骤3.4的运算结果使用R-SK(n,d)解密并且添加到计算向量Z中其中为一个常数,使用P-PK(n,g)进行Paillier加密，发送密文数据E_P-PK(z)到云端，云端对其进行同态加法运算，得到密文下的评测结果；

步骤3.6:客户端对上述结果使用P-SK(λ,n)解密,得到评测明文评测结果。