CN107392743B - 一种McAfee双向拍卖隐私保护方法和拍卖方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种McAfee双向拍卖隐私保护方法和拍卖方法，通过添加可信第三方——拍卖代理，完成买家私有信息、卖家私有信息在拍卖者和拍卖代理之间的一系列安全交互操作，该拍卖方法包括以下步骤：买家、卖家、拍卖者和拍卖代理分别初始化各自的信息；然后买家和卖家利用公钥逐比特加密各自的报价信息；拍卖者协同拍卖代理利用同态加密的性质对已经得到的买家加密的报价信息和卖家加密的报价信息进行选择排序，并由拍卖者实现胜者选定，确定最后一个可获利的交易下标并输出最终拍卖结果。该方法解决现有McAfee双向拍卖过程中无法保证买卖双方报价秘密比较及胜者确定安全性问题，实现拍卖的同时保护了买家和卖家的隐私。

Description

一种McAfee双向拍卖隐私保护方法和拍卖方法

技术领域

本发明涉及网络与信息安全技术领域，具体涉及一种基于同态加密技术的保护隐私的拍卖方法以及McAfee双向拍卖隐私保护方法。

背景技术

拍卖是指以公开竞价的形式将特定物品或者财产权利转让。随着拍卖的快速发展，如何保证公开、公平、公正及从诚实信用的拍卖活动成为重要问题，因此必须设计出安全而又高效的保护隐私拍卖协议。

当前有很多拍卖方式，如英格兰式拍卖(English Auction)、荷兰式拍卖(DutchAuction)、英格兰式与荷兰式相结合的拍卖方式，此外还有，美式拍卖，密封递价最高价拍卖，密封递价次高价拍卖，开放出价双重拍卖，密封出价双从拍卖等拍卖方式。

各种拍卖方式都有其优点和弊端，如何保证拍卖过程的安全保密性成为众多拍卖协议的关键核心之处。

其中McAfee双向拍卖被广泛地使用，因为它具有诚实性、个体理性和事后收支平衡性等经济鲁棒性。

这种拍卖设有M个卖家和N个买家，且所有拍卖物品都是同质的。每个卖家S_i报价

出售一个物品，每一个买家b_j报价

求购一个物品，经过用非降序来排列卖家报价，用非升序来排列买家报价后，利用公式确定胜者，最后得到定价。

然而如何保证对卖家和买家报价的秘密排序以及最后胜者确定过程的安全性，是众多拍卖协议的关键技术核心，很多现有的拍卖协议无法保证其拍卖过程的可靠性和安全性。为了进行保护隐私的拍卖协议涉及，我们需要一个语义安全的同态加密系统。

当前有很多同态加密系统，如Paillier同态加密系统、Goldwasser-Micali同态加密系统，因此基于一个语义安全的同态加密系统实现McAfee双向拍卖过程的安全可靠性是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种保护隐私的拍卖方法，通过基于加密电路和同态加密技术共同进行安全保证，解决现有McAfee双向拍卖过程中无法保证买卖双方报价秘密比较及胜者确定安全性问题。

本发明还提供了一种McAfee双向拍卖隐私保护方法，解决现有McAfee双向拍卖过程中无法保证买卖双方报价秘密比较及胜者确定安全性问题。

为此，本发明一方面提供了一种保护隐私的拍卖方法，构建McAfee双向拍卖的网络环境，包含四个参与对象，即多个买家、多个卖家、拍卖者和拍卖代理，所述方法包括以下步骤：初始化阶段，其中每个买家和每个卖家初始化自己的报价信息，拍卖代理初始化自己的公私钥对，并将其公钥通告买家和卖家；提交报价阶段，其中每个买家使用拍卖代理的公钥逐比特加密报价信息，将加密的报价信息发送给拍卖者，每个卖家使用拍卖代理的公钥逐比特加密报价信息，将加密的报价信息发送给拍卖者；安全排序阶段，其中拍卖者协同拍卖代理利用同态加密的性质对已经得到的买家加密的报价信息和卖家加密的报价信息进行选择排序；胜者选定阶段，其中拍卖者对已经排序的买家加密的报价信息和卖家加密的报价信息依次对照进行比较，实现胜者选定，确定最后一个可获利的交易下标；以及最终定价阶段，其中在胜者选定后拍卖代理对选定的加密报价进行解密得到对应的卖方报价和买方报价，然后从每个获胜买方收取费用，支付给每个获胜卖方收益。

根据本发明的另一方面，提供了一种McAfee双向拍卖隐私保护方法，该双向拍卖包括初始化阶段、提交报价阶段、安全排序阶段、胜者选定阶段、以及最终定价阶段，所述保护隐私的方法包括以下步骤：在初始化阶段，每个买家和每个卖家初始化自己的报价信息，拍卖代理初始化自己的公私钥对，并将其公钥通告买家和卖家；在提交报价阶段，每个买家使用拍卖代理的公钥逐比特加密报价信息，将加密的报价信息发送给拍卖者，每个卖家使用拍卖代理的公钥逐比特加密报价信息，将加密的报价信息发送给拍卖者；在安全排序阶段，拍卖者协同拍卖代理利用同态加密的性质对已经得到的买家加密的报价信息和卖家加密的报价信息进行选择排序；在胜者选定阶段，拍卖者对已经排序的买家加密的报价信息和卖家加密的报价信息依次对照进行比较，实现胜者选定，确定最后一个可获利的交易下标；以及在最终定价阶段，在胜者选定后拍卖代理对选定的加密报价进行解密得到对应的卖方报价和买方报价，然后从每个获胜买方收取费用，支付给每个获胜卖方收益。

相对于现有技术中的方案，本发明具有以下优点：

(1)本发明在拍卖的基础上研究了隐私保护问题。现有的保护拍卖工作存在很多的安全性问题，拍卖过程极易泄露秘密信息造成拍卖失败。我们针对上述问题，首次提出了利用Goldwasser–Micali同态加密系统实现与门的加密，进而利用同态加密的性质可以实现数的秘密比较。

(2)本发明在设计过程中，提出将McAfee双向拍卖与Goldwasser–Micali同态加密的性质结合在一起进行对信息的逐比特加密，进而可以实现加密信息的秘密比较，具有创新性。

(3)本发明实现了较高的安全性。所设计的保护隐私方案不但能够保护买家和卖家的报价，即不泄露除拍卖结果外有关报价的任何信息，而且能够保护每一个获胜买家中的定价买家身份，即虽然拍卖结果公布每一获胜买家的定价为所有获胜买家中的最小报价，但仍然不知道该最小报价对应的买家是谁。

由此可见，本发明为拍卖过程隐私保护领域的进步拓展了空间，同时具有良好的实用效果。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为根据本发明的保护隐私的拍卖方法的流程图；

图2为根据本发明的保护隐私的拍卖方法的功能框图；

图3为根据本发明的对两比特数进行秘密比较的比较分析图；以及

图4为本发明的对两正整数进行秘密比较的比较分析图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例中，构建的网络环境包含买家、卖家、拍卖者和拍卖代理。拍卖者将资源通过拍卖的方式出售给买家；买家将利用竞拍得到的资源向用户提供服务；拍卖代理负责协助拍卖者完成买家信息的隐私保护。这里的拍卖者可以是计算服务器；买家可以是客户端主机，提供服务给用户；拍卖代理可以是协助服务器。

首先，拍卖者和拍卖代理协作执行一系列安全交互操作以便进行买家分组，这些操作主要基于Goldwasser–Micali加法同态加密系统；而后，拍卖者通过拍卖代理利用同态加密的性质对已经得到的买家加密的报价信息和卖家加密的报价信息进行选择排序，最后拍卖者对已经排序的买家加密的报价信息和卖家加密的报价信息依次对照进行比较，实现胜者选定。

结合参照图1和图2，本发明的保护隐私的拍卖方法包括以下步骤：

S101、初始化阶段。每个买家初始化自己报价信息；每个卖家初始化自己的报价信息；拍卖代理初始化自己的公私钥对，并将其公钥通告买家和卖家。

具体地，考虑在一个McAfee双向拍卖过程的网络环境中，有一台计算服务器(拍卖者)、一条协助服务器(拍卖代理)、n台客户端主机(n个买家)和n台客户端主机(n个卖家)，其中每个卖家S_i报价

出售一个物品，每一个买家b_j报价

求购一个物品。现假设本发明中公钥加密使用Goldwasser–Micali同态加密系统，拍卖代理的公私钥对分别为(pk_a,sk_a)并把公钥通告对方，且买家和拍卖者、拍卖者和拍卖代理之间都存在认证且安全的通信信道。

S103、提交报价阶段。每个买家使用拍卖代理的公钥逐比特加密报价信息，将加密的报价信息发送给拍卖者；每个卖家使用拍卖代理的公钥逐比特加密报价信息，将加密的报价信息发送给拍卖者。

具体地，卖家i(i＝1,2,…,M)接收拍卖代理的公钥pk_a后，利用满足Goldwasser-Micali语义安全的加密算法E，逐比特加密报价

将每个卖家j的加密报价发送给拍卖者。

S105、安全排序阶段。拍卖者通过拍卖代理利用同态加密的性质对已经得到的买家加密的报价信息和卖家加密的报价信息进行选择排序。

本步骤涉及的具体内容如下：

(3.1)利用Goldwasser–Micali同态加密系统能够实现与门的加密，例证如下：

现有两比特数b₁,b₂∈{0,1}，参与方有Alice和Bob，其中Bob拥有私钥。

目标任务：Alice利用已知的E(b₁)，E(b₂)求得E(b₁^b₂)(^表示两比特数相与)。

解决方案思路分析：

第一步：Alice取两随机比特数r₁,r₂∈{0,1}，通过加密密钥得到E(r₁)，E(r₂)；

第二步：由Goldwasser–Micali同态加密性质E(a)*E(b)＝E(a⊕b)可得：

E(r₁)*E(b₁)＝E(r₁⊕b₁)，E(r₂)*E(b₂)＝E(r₂⊕b₂)，其中，*表示两数相乘。

又由于b₁＝r₁⊕r₁⊕b₁，b₂＝r₂⊕r₂⊕b₂，

所以可以进一步得到：

E(b₁^b₂)＝E{[r₁⊕r₁⊕b₁]^[r₂⊕r₂⊕b₂]}

＝E[r₁^r₂⊕r₁^(r₂⊕b₂)⊕r₂^(r₁⊕b₁)⊕(r₁⊕b₁)^(r₂⊕b₂)]

＝E(r₁^r₂)*E[r₁^(r₂⊕b₂)]*E[r₂^(r₁⊕b₁)]*E[(r₁⊕b₁)^(r₂⊕b₂)]

显然，因为Alice知道r₁,r₂,易求得E(r₁^r₂)；由于r₁∈{0,1}，所以当r₁＝0时，E[r₁^(r₂⊕b₂)]＝E(0),当r₁＝1时，E[r₁^(r₂⊕b₂)]＝E(r₂⊕b₂)＝E(r₂)*E(b₂)，可求得E[r₁^(r₂⊕b₂)]，同理可求得E[r₂^(r₁⊕b₁)]；

但是，Alice无法求得E[(r₁⊕b₁)^(r₂⊕b₂)]

第三步：Alice将E(r₁⊕b₁)，E(r₂⊕b₂)传给Bob，Bob通过私钥解密得到r₁⊕b₁、r₂⊕b₂的值，再将两者相与后的结果进行加密后得到的E[(r₁⊕b₁)^(r₂⊕b₂)]传回给Alice。

第四步：Alice接收到来自Bob发送的E[(r₁⊕b₁)^(r₂⊕b₂)]后，便可完全求出E(b₁^b₂)的值。

(3.2)利用同态加密能够实现秘密比较，具体如下：

(3.2.1)利用同态加密的性质可以实现对两比特数x_i，y_i进行秘密比较，分析图如图3所示，其中c_i表示上一次比较的结果，由图3(比较分析图)可得：

C_i+1＝[(x_i⊕c_i)∧(y_i⊕c_i)]⊕x_i

若低位比较的结果c_i＝0,则有C_i+1＝[(x_i⊕0)∧(y_i⊕0)]⊕x_i＝(x_i∧y_i)⊕x_i

此时如果x_i>y_i，可得C_i+1＝1，否则C_i+1＝0；

同时可以看出，若x_i＝y_i,则有C_i+1＝[(x_i⊕c_i)]⊕x_i＝c_i，即表明低位的比较结果可以不断向高位传递。

由Goldwasser–Micali同态加密性质E(a)*E(b)＝E(a⊕b)可知，加密过程中两数异或加密可以得到保证，又由以上发明内容可知，在Goldwasser–Micali同态加密性质E(a)*E(b)＝E(a⊕b)的基础上，可以实现两数相与加密的保证。

(3.2.2)对长度均为L-bit的两正整数x,y进行秘密比较

由比较分析图4所示，从低位向高位依次比较x_i与y_i，并将其结果作为下一位比较的一个输入向前传递，以此可以实现均为L-bit的两正整数x，y的秘密比较，得到结果(1或者0)。

综上可知，利用此同态加密方案可以实现两数的秘密大小比较。

(3.3)利用同态加密实现报价的比较

拍卖者将已经得到的所有卖家加密的报价信息

进行选择排序，即对所得加密后报价两两依次进行比较，取较大值，直到所有报价都至少比较了一次，得到所有报价的最大值，按此方法循环比较剩下的数，直到所有数都排序完成。

同理，拍卖者将已经得到的所有买家加密的报价信息

进行选择排序。

用非降序来排列卖家报价，用非升序来排列买家报价后可得结果：

S107、胜者选定阶段。拍卖者对已经排序的买家加密的报价信息和卖家加密的报价信息依次对照进行比较，实现胜者选定，确定最后一个可获利的交易下标。

具体地，依次将

进行比较，找到最后一个可获利的交易下标，即找到最后一个

所对应的下标k,表达式如下：

那么前(k‐1)个卖家和前(k‐1)个买家便是胜者。

S109、最终定价阶段。胜者选定后，拍卖代理对选定的加密报价进行解密得到对应的卖方报价和买方报价，然后从每个获胜买方收取费用，支付给每个获胜卖方收益。

具体地，前(k‐1)个卖家和前(k‐1)个买家便是胜者，所以胜者选定后，拍卖代理通过解密

得到卖家可以收取的费用

同时，拍卖代理通过解密

得到买家实际需支付价

即支付给每个获胜卖方

从每个获胜买方收取费用

实施例

(1)初始化阶段

假设存在1台计算服务器(即拍卖者)、1台协助服务器(即拍卖代理),5台客户端主机，依据主机顺序编号1、2、3、4、5，分别标识5个卖家身份，随机生成向量(1,200)，(2,500)，(3,100)，(4,450)，(5,150)，分别标识5个卖家的报价信息；5台客户端主机，依据主机顺序编号1、2、3、4、5，分别标识5个买家身份，随机生成向量(1,220)、(2,180)、(3,400)、(4,300)、(5,550)，分别标识5个买家的报价信息。为简单起见，我们采用买家、卖家、拍卖者和拍卖代理进行描述，并标记拍卖代理的公私钥对为(pk_a,sk_a)，同时公钥相互通告。

(2)提交报价阶段

每个卖家利用拍卖代理的公钥pk_a加密自己的报价信息，然后提交信息给拍卖者，格式形如：

包含了卖家编号和加密的报价信息。例如，卖家1提交

给拍卖者，这里1是卖家编号。

每个买家利用拍卖代理的公钥pk_a加密自己的报价信息，然后提交信息给拍卖者，格式形如：

包含了买家编号和加密的报价信息。例如，买家1提交

给拍卖者，这里1是买家编号。

(3)安全秘密比较阶段

(3.1)拍卖者：对卖家报价秘密排序

拍卖者将已得到的卖家加密报价转换为二进制，某两个二进制数根据比较分析图即C_i+1＝[(x_i⊕c_i)∧(y_i⊕c_i)]⊕x_i可从最低位向最高位依次逐位比较，得到最终的结果z。可选取多种排序方法(此处选取选择排序)，对已得到的卖家加密报价进行排序：

记

将max依次与

进行比较，若

则将max与

进行交换，最终可得到最小值；利用相同的方法，将剩下的四个数进行比较得到第二个最小值，依次循环下去，直到排序结束，可得：

卖家报价秘密非降序结果：

(3.2)拍卖者：对买家报价秘密排序

拍卖者将已得到的买家加密报价转换为二进制，某两个二进制数根据上述比较分析图即C_i+1＝[(x_i⊕c_i)∧(y_i⊕c_i)]⊕x_i可从最低位向最高位依次逐位比较，得到最终的结果z。可选取多种排序方法(此处选取选择排序)，对已得到的买家加密报价进行排序：

记

将max依次与

进行比较，若

则将max与

进行交换，最终可得到最大值；利用相同的方法，将剩下的四个数进行比较得到第二个最大值，依次循环下去，直到排序结束，可得：

买家报价秘密非升序结果：

(3.3)拍卖代理：管理密钥

比较过程中要利用Goldwasser–Micali同态加密系统实现与门的加密，有上述分析可知，需要拍卖代理作为E[(r₁⊕b₁)*(r₂⊕b₂)]的提供者。

(4)胜者选定阶段

拍卖者得到上述已排序的卖家报价和买家报价：

依次将对应的

进行比较，直到找到最后一个可获利的交易下标，即

所以可得k＝3,前两个卖家和前两个买家是胜者。

(5)最终定价

依据(4)可知，卖家组{3,5}成为胜者，买家组{5,3}成为胜者，拍卖代理通过解密

得到买家实际需支付价为300，同时，拍卖代理通过解密

得到卖家可以收取费用200。

安全性分析：本发明所提出的保护隐私拍卖的协议方法实现了密码学的安全性，当拍卖者与拍卖代理诚实且不互相勾结时，即可以保证在拍卖过程中不泄露了除拍卖结果外有关报价的任何信息给任意参与方。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种保护隐私的拍卖方法，其特征在于，构建McAfee双向拍卖的网络环境，包含四个参与对象，即多个买家、多个卖家、拍卖者和拍卖代理，所述方法包括以下步骤：

初始化阶段，其中每个买家和每个卖家初始化自己的报价信息，拍卖代理初始化自己的公私钥对，并将其公钥通告买家和卖家；

提交报价阶段，其中每个买家使用拍卖代理的公钥逐比特加密报价信息，将加密的报价信息发送给拍卖者，每个卖家使用拍卖代理的公钥逐比特加密报价信息，将加密的报价信息发送给拍卖者；

安全排序阶段，其中拍卖者协同拍卖代理利用同态加密的性质对已经得到的买家加密的报价信息和卖家加密的报价信息进行选择排序；

胜者选定阶段，其中拍卖者对已经排序的买家加密的报价信息和卖家加密的报价信息依次对照进行比较，实现胜者选定，确定最后一个可获利的交易下标；以及

最终定价阶段，其中在胜者选定后拍卖代理对选定的加密报价进行解密得到对应的卖方报价和买方报价，然后从每个获胜买方收取费用，支付给每个获胜卖方收益，

在所述提交报价阶段中，每个买家和每个卖家接收拍卖代理的公钥后，利用满足Goldwasser–Micali语义安全的加密算法，逐比特加密各自报价信息，

所述安全排序阶段包括以下步骤：拍卖者将已得到的卖家加密报价转换为二进制数，通过二进制数秘密比较实现卖家报价非降序排列；拍卖者将已得到的买家加密报价转换为二进制数，通过二进制数秘密比较实现买家报价非升序排列，其中，秘密比较过程中利用拍卖代理提供的Goldwasser–Micali同态加密系统实现与门的加密。

2.一种McAfee双向拍卖隐私保护方法，构建McAfee双向拍卖的网络环境，包含四个参与对象，即多个买家、多个卖家、拍卖者和拍卖代理，该双向拍卖包括初始化阶段、提交报价阶段、安全排序阶段、胜者选定阶段、以及最终定价阶段，其特征在于，所述隐私保护的方法包括以下步骤：

在初始化阶段，每个买家和每个卖家初始化自己的报价信息，拍卖代理初始化自己的公私钥对，并将其公钥通告买家和卖家；

在提交报价阶段，每个买家使用拍卖代理的公钥逐比特加密报价信息，将加密的报价信息发送给拍卖者，每个卖家使用拍卖代理的公钥逐比特加密报价信息，将加密的报价信息发送给拍卖者；

在安全排序阶段，拍卖者协同拍卖代理利用同态加密的性质对已经得到的买家加密的报价信息和卖家加密的报价信息进行选择排序；

在胜者选定阶段，拍卖者对已经排序的买家加密的报价信息和卖家加密的报价信息依次对照进行比较，实现胜者选定，确定最后一个可获利的交易下标；以及

在最终定价阶段，在胜者选定后拍卖代理对选定的加密报价进行解密得到对应的卖方报价和买方报价，然后从每个获胜买方收取费用，支付给每个获胜卖方收益，

在所述提交报价阶段中，每个买家和每个卖家接收拍卖代理的公钥后，利用满足Goldwasser–Micali语义安全的加密算法，逐比特加密各自报价信息，

在所述安全排序阶段中，拍卖者将已得到的卖家加密报价转换为二进制数，通过二进制数秘密比较实现卖家报价非降序排列；拍卖者将已得到的买家加密报价转换为二进制数，通过二进制数秘密比较实现买家报价非升序排列，其中，秘密比较过程中利用拍卖代理提供的Goldwasser–Micali同态加密系统实现与门的加密。

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