Homomorphe Verschlüsselung und Cloud-Computing

Bouti, Adil

Die Entwicklung der modernen IT in den letzten Jahrzehnten stellte traditionelle Computersysteme vor neue Herausforderungen bezüglich der Flexibilität der Infrastruktur bei der Unterstützung von dynamischen Geschäftsprozessen und der Abdeckung von Belastungsspitzen. Mit der breiten Einführung des Internets als globales Netzwerk etablierte sich ein innovatives Geschäftsmodell nach dem Motto "Do what you can do best! Outsource the rest". Demnach sollten sich Unternehmen auf ihre Kerngeschäftsprozesse konzentrieren. Die restlichen Prozesse können je nach Kritikalität an verteilt-gemietete Ressourcen verlagert werden. Dieser Trend hat sich in den letzten Jahren auch im Endanwenderbereich vermehrt verbreitet, so dass immer mehr Unternehmen und Privatpersonen ihre IT-Ressourcen an externe Cloud-Anbieter ausgliedern. In dieser Arbeit werden die Herausforderungen beim Einsatz des Cloud- Computings beleuchtet. Zusätzlich werden, im Hinblick auf die Sicherheitsprobleme rund um den Einsatz von Cloud-Diensten, vorhandene Ansätze zum sicheren Rechnen in der Cloud vorgestellt sowie eigene Konzepte mit unterschiedlichen homomorphen Kryptosystemen präsentiert und diskutiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine effiziente Alternative für voll-homomorphe Verschlüsselung basierend auf teil-homomorphen Algorithmen präsentiert. Es wurde eine praktische Lösung entwickelt, die Ciphertext-Reuse erlaubt und allgemeingültige Sicherheitsanforderungen erfüllt. Das vorgestellte Konzept wurde mit prototypischen Implementierungen überprüft und seine Leistungs- fähigkeit am Beispiel von mehreren Prototypen für realistische Use Cases untersucht.

During the last decades, the modern development in information technology confronted traditional computer systems with new challenges regarding supporting dynamic business processes and covering load peaks. The introduction of Internet as a global network allowed the spreading of an innovative business model based on the motto “Do what you can do best! Outsource the rest”. In the last years outsourcing business processes to cloud providers becomes a significant trend reaching final consumers e.g. as an extension to mobile and gaming products. This work illuminates the challenges in the use of cloud computing as outsourcing platform for critical user data. Additionally, with regard to security concerns related to cloud usage, existing secure distributed computing and new homomorphic encryption based approaches are presented and discussed in depth. Within the scope of this work, a practical alternative for full homomorphic encryption schemes based on partial homomorphic encryption algorithms is presented. The algorithm supports ciphertext reuse and fulfills generic security requirements. The presented concepts are implemented in prototypes to analyze the runtime behavior in different common use cases.

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Bouti, Adil: Homomorphe Verschlüsselung und Cloud-Computing. Hagen 2020. FernUniversität in Hagen.

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