摘要：关于大规模矩阵相乘(MMC)、矩阵求逆(MIC)和矩阵行列式(MDC)的算法在安全外包计算中得到广泛研究与运用,其存在的问题也日益凸显,隐藏原始矩阵中零元素的数目问题就是其中之一。然而,目前学术界关于保护零元素数目的研究较少,现有的研究也仅能保护零元素的位置,没有针对保护零元素的数目同时又能达到高效性的加密方法,这在大规模云计算环境中是很不安全的。针对这个问题,从算法的角度出发,改进了原有的置换矩阵的加密方法,并设计了一种新的安全外包MMC、MIC和MDC的算法。该算法将代数结构扩展到有限域中,首先对初始矩阵进行随机置换,然后进行幺模矩阵变换,并将加密后的矩阵发送给云服务端;云经过计算之后把结果返回给客户端,随后客户端进行解密和验证。通过理论证明,设计的三个协议不仅保护了原始矩阵零元素的数目,而且实现了正确性、隐私性和可验证性的目标。最后,通过实验证明了基于幺模矩阵的加密方法是高效的。