CN109416894B - 秘密计算系统、秘密计算装置、秘密计算方法及记录介质 - Google Patents

Abstract

从隐匿化的排列高效地读出多个元素。向输入单元(11)输入将大小为n的排列a＝(a[0],…,a[n‑1])隐匿化的隐匿文的排列<a>＝(<a[0]>,…,<a[n‑1]>)、0以上且小于n的整数x的隐匿文<x>、以及m个0以上且小于n的整数i0,…,im‑1。隐匿偏移单元(12)将隐匿文的排列<a>仅隐匿偏移<x>，求对将排列a仅向左偏移了x的排列a'＝(a'[0],…,a'[n‑1])进行了隐匿化的隐匿文的排列<a'>＝(<a'[0]>,…,<a'[n‑1]>)。排列生成单元(13)从隐匿文的排列<a'>生成隐匿文的排列<b>＝(<a'[i0]>,…,<a'[im‑1]>)。

Description

秘密计算系统、秘密计算装置、秘密计算方法及记录介质

技术领域

本发明涉及加密应用技术，特别涉及不公开输入数据而从排列进行读入的技术。

背景技术

作为不复原被加密的数值而得到确定的运算结果的方法，有称为秘密计算的方法(例如参照非专利文献1)。在非专利文献1的方法中，进行使数值的碎片分散到三个秘密计算装置的加密，通过三个秘密计算装置进行协调计算，在将加减运算、常数加法运算、乘法运算、常数倍、逻辑运算(“否”、“逻辑与”、“逻辑或”、“异或”)、数据形式变换(整数、二进数)的结果分散在三个秘密计算装置的状态，即仍被加密的保持，而不复原数值。

在从通过秘密计算等加密的排列(<a[0]>,<a[1]>,…,<a[n-1]>)进行加密后的标号<x>的位置的元素<a[x]>的读入的情况下，有进行加密后的标号<x>与排列的全部元素的位置0,1,…,n-1的比较来实现的方法。

【现有技术文献】

【非专利文献】

【非专利文献1】千田浩司、濱田浩気、五十嵐大、高橋克巳、“軽量検証可能3パーティ秘匿関数計算の再考”、CSS2010、2010

发明内容

【发明要解决的课题】

但是，在以往的技术中，为了从大小为n的隐匿化的排列进行m次的读入，需要Ω(mn)次的比较，效率变差。

鉴于上述那样的问题，本发明的目的是，提供可以从隐匿化的排列高效地读出多个元素的秘密计算技术。

【用于解决课题的手段】

为了解决上述的课题，本发明的第一方式的秘密计算系统是包含3台以上的秘密计算装置的秘密计算系统，秘密计算装置包括：输入将大小为n的排列a＝(a[0],…,a[n-1])隐匿化的隐匿文的排列<a>＝(<a[0]>,…,<a[n-1]>)、0以上且小于n的整数x的隐匿文<x>，以及m个0以上且小于n的整数i₀,…,i_m-1的输入单元；将隐匿文的排列<a>仅隐匿偏移<x>，求对将排列a仅向左偏移了x的排列a′＝(a′[0],…,a′[n-1])进行了隐匿化的隐匿文的排列<a′>＝(<a′[0]>,…,<a′[n-1]>)的隐匿偏移单元；以及从隐匿文的排列<a′>生成隐匿文的排列<b>＝(<a′[i₀]>,…,<a′[i_m-1]>)的排列生成单元。

本发明的第二方式的秘密计算系统是包含3台以上的秘密计算装置的秘密计算系统，秘密计算装置包括：输入将大小为n的排列a＝(a[0],…,a[n-1])隐匿化的隐匿文的排列<a>＝(<a[0]>,…,<a[n-1]>)、0以上且小于n的整数x的隐匿文<x>、以及自然数m的输入单元；将隐匿文的排列<a>仅隐匿偏移<x>，求对将排列a仅向左偏移了x排列a′＝(a′[0],…,a′[n-1])进行了隐匿化的隐匿文的排列<a′>＝(<a′[0]>,…,<a′[n-1]>)的隐匿偏移单元；以及从隐匿文的排列<a′>生成隐匿文的排列<b>＝(<a′[0]>,…,<a′[m-1]>)的排列生成单元。

发明效果

按照本发明的秘密计算技术，可以高效地从隐匿化的排列读出多个元素。

附图说明

图1是例示秘密计算系统的功能结构的图。

图2是例示秘密计算装置的功能结构的图。

图3是例示秘密计算方法的处理步骤的图。

图4是例示秘密计算方法的处理步骤的图。

具体实施方式

在说明实施方式之前，说明本说明书中的记述方法以及本说明书中使用的术语的定义。

＜记述方法＞

将通过加密或秘密分散等隐匿化了某个值a的值称为a的隐匿文，记述为<a>。而且，将a称为<a>的明文。隐匿化为秘密分散的情况下，通过<a>参照各部分持有的秘密分散的碎片的集合。

＜隐匿偏移＞

将大小为n的隐匿文的排列<a>＝(<a[0]>,<a[1]>,…,<a[n-1]>)和偏移量d的隐匿文<d>作为输入，将计算将<a>仅向左偏移了d的隐匿文的排列<a′>＝(<a[d]>,<a[d+1]>,…,<a[n-1]>,<a[0]>,<a[1]>,…,<a[d-1]>)的处理称为隐匿偏移，以下式记述。

<a′>←Shift(<a>,<d>)

实现隐匿偏移的方法记载在下记参考文献1中。

〔参考文献1〕濱田浩気、桐淵直人、五十嵐大、“ラウンド効率のよい秘密計算パターンマッチング”、コンピュータセキュリティシンポジウム2014論文集、第2014巻、pp.674-681、2014年10月

以下，详细地说明本发明的实施方式。而且，对于附图中具有相同的功能的结构单元附加相同的标号，省略重复说明。

＜第一实施方式＞

本发明的第一实施方式是，将通过秘密计算或加密等进行了隐匿化的大小为n的排列(<a[0]>,<a[1]>,…,<a[n-1]>)、表示位置的自然数x的隐匿文<x>、以及表示离x的相对的位置的m个明文i₀,i₁,…,i_m-1作为输入，不公开x和a[0],a[1],…,a[n-1]的值地得到m个隐匿文(<a[x+i₀ mod n]>,<a[x+i₁ mod n]>,…,<a[x+i_m-1mod n]>)的方法。

第一实施方式的秘密计算系统如图1中例示的那样，包含n(≧3)台秘密计算装置1₁,…,1_n。在本实施方式中，秘密计算装置1₁,…,1_n分别连接到通信网2。通信网2是秘密计算装置1₁,…,1_n分别可相互地通信那样构成的电路交换方式或者分组交换方式的通信网，例如可以使用因特网或LAN(Local Area Network，局域网)、WAN(Wide Area Network，广域网)等。而且，各装置不一定需要经由通信网2以在线方式可通信。例如，也可以构成为将输入到秘密计算装置1i(i∈{1,…,n})的信息存储在磁带或USB存储器等可拆装型记录介质中，从该可拆装型记录介质以离线方式输入。

如图2中例示的那样，秘密计算装置1包括：输入单元11；隐匿偏移单元12；排列生成单元13；以及输出单元14。该秘密计算装置1通过进行图3中例示的各步骤的处理，实现第一实施方式的秘密计算方法。

例如，秘密计算装置1是在具有中央运算处理装置(CPU:Central ProcessingUnit)、主存储装置(RAM:Random Access Memory，随机存取存储器)等的公知或者专用的计算机中读入特别的程序而构成的特别的装置。秘密计算装置1例如在中央运算处理装置的控制下执行各处理。输入到秘密计算装置1的数据或在各处理中得到的数据例如存储在主存储装置中，存储在主存储装置中的数据根据需要被读出到中央运算处理装置，被其它处理利用。秘密计算装置1的各处理单元的至少一部分也可以由集成回路等硬件构成。

参照图3，说明第一实施方式的秘密计算方法的处理步骤。

在步骤S11中，向输入单元11，输入将大小为n的排列a＝(a[0],a[1],…,a[n-1])隐匿化的隐匿文的排列<a>＝(<a[0]>,<a[1]>,…,<a[n-1]>)、0以上且小于n的整数x的隐匿文<x>、以及m个0以上且小于n的整数i_0,…,i_m-1。隐匿文的排列<a>以及隐匿文<x>被送到隐匿偏移单元12。整数i₀,…,i_m-1被送到排列生成单元13。

在步骤S12中，隐匿偏移单元12将隐匿文的排列<a>仅隐匿偏移<x>，求对将排列a仅左偏移了x的排列a′＝(a′[0],a′[1],…,a′[n-1])＝(a[x],a[x+1],…,a[n-1],a[0],a[1],…,a[x-1])进行了隐匿化的隐匿文的排列<a′>＝(<a′[0]>,<a′[1]>,…,<a′[n-1]>)。即，执行<a′>←Shift(<a>,<x>)。隐匿文的排列<a′>被送到排列生成单元13。

在步骤S13中，排列生成单元13は，从隐匿文的排列<a′>生成将排列b＝(b[0],b[1],…,b[m-1])＝(a′[i₀],a′[i₁],…,a′[i_m-1])进行了隐匿化的隐匿文的排列<b>＝(<b[0]>,<b[1]>,…,<b[m-1]>)＝(<a′[i₀]>,<a′[i₁]>,…,<a′[i_m-1]>)，作为<b[j]>＝<a′[i_j]>(0≦j<m)。

在步骤S14中，从输出单元14输出隐匿文的排列<b>。

＜第二实施方式＞

本发明的第二实施方式是，在第一实施方式中设为了i_j＝j的结构，即从位置x读入接着的m个元素的结构。第二实施方式将通过秘密计算或加密而隐匿化的大小为n的排列(<a[0]>,<a[1]>,…,<a[n-1]>)、表示位置的隐匿文<x>、以及表示输出的大小的明文m作为输入，不公开x或a[0],a[1],…,a[n-1]的值，而得到m个隐匿文(<a[x mod n]>,<a[x+1modn]>,…,<a[x+m-1mod n]>)的方法。

参照图4，说明第二实施方式的秘密计算方法的处理步骤。以下，以与上述的第一实施方式的不同点为中心进行说明。

在步骤S11中，向输入单元11输入将大小为n的排列a＝(a[0],a[1],…,a[n-1])隐匿化的隐匿文的排列<a>＝(<a[0]>,<a[1]>,…,<a[n-1]>)、0以上且小于n的整数x的隐匿文<x>、以及自然数m。隐匿文的排列<a>以及隐匿文<x>被送到隐匿偏移单元12。自然数m被送到排列生成单元13。

在步骤S12中，隐匿偏移单元12与第一实施方式同样，将隐匿文的排列<a>仅隐匿偏移<x>，求对将排列a仅左偏移了x的排列a′＝(a′[0],a′[1],…,a′[n-1])＝(a[x],a[x+1],…,a[n-1],a[0],a[1],…,a[x-1])进行了隐匿化的隐匿文的排列<a′>＝(<a′[0]>,<a′[1]>,…,<a′[n-1]>)。即，执行<a′>←Shift(<a>,<x>)。隐匿文的排列<a′>被送到排列生成单元13。

在步骤S13中，排列生成单元13从隐匿文的排列<a′>生成将排列b＝(b[0],b[1],…,b[m-1])＝(a′[0],a′[1],…,a′[m-1])隐匿化的隐匿文的排列<b>＝(<b[0]>,<b[1]>,…,<b[m-1]>)＝(<a′[0]>,<a′[1]>,…,<a′[m-1]>)。

在步骤S14中，从输出单元14输出隐匿文的排列<b>。

本发明的要点是，因为以往需要对隐匿文的全部排列进行比较，所以需要每回m次读入隐匿文的全部排列，但是在可以公开m次的读入位置的相对位置的情况下，仅通过1次的隐匿文的偏移就实现了。通过在最初将隐匿文的排列仅向左偏移x，仅通过取出偏移后的排列的第i_j号元素，实现第x+i_j号元素的读入。

通过这样构成，按照本发明的秘密计算技术，可以通过1次的隐匿偏移运算实现从n个隐匿文的排列读入第x+i₀,x+i₁,…,x+i_m-1号元素的隐匿文的处理。在进行相对位置可以公开的隐匿读入时，在以往的反复独立进行隐匿读入的情况下需要Ω(mn)的隐匿文的比较，但是按照本发明，可以通过1次的隐匿文的排列的偏移运算来实现。

以上，说明了本发明的实施方式，但是具体的结构不限于这些实施方式，不用说，在不脱离本发明的宗旨的范围内即使有适当设计的变更等，也包含在本发明中。实施方式中说明的各种处理不仅按照记载的顺序时间序列地执行，也可以根据执行处理的装置的处理能力或者需要并行地或者单独地执行。

[程序，记录介质]

在通过计算机实现上述实施方式中说明的各装置中的各种处理功能的情况下，通过程序记述各装置应具有的功能的处理内容。然后，通过计算机执行该程序，在计算机上实现上述各装置中的各种处理功能。

记述了该处理内容的程序可以记录在计算机可读取的记录介质中。作为计算机可读取的记录介质，例如可以是磁记录装置、光盘、光磁记录介质、半导体存储器等任何介质。

而且，该程序的流通例如通过销售、转让、租借等记录了该程序的DVD、CD-ROM等可拆装型记录介质来进行。进而，也可以设为将该程序存储在服务器计算机的存储装置中，经由网络，通过将该程序从服务器计算机转发到其它计算机，使该程序流通的结构。

执行这样的程序的计算机例如首先将可拆装型记录介质中记录的程序或者从服务器计算机转发的程序暂时存储在自己的存储装置中。然后，在执行处理时，该计算机读取自己的记录装置中存储的程序，执行按照读取的程序的处理。而且，作为该程序其它执行方式，计算机也可以从可拆装型记录介质直接读取程序，执行按照该程序的处理，进而，也可以在每次从服务器计算机对该计算机转发程序时，逐次执行按照接受的程序的处理。而且，也可以设为通过不进行从服务器计算机向该计算机的程序的转发，仅通过该执行指令和结果取得来实现处理功能的、所谓ASP(Application Service Provider，应用服务提供商)型的服务，执行上述的处理的结构。而且，本方式中的程序中，包含供电子计算机的处理用的信息即基于程序的信息(虽然不是对于计算机的直接的指令，但是具有规定计算机的处理的性质的数据等)。

而且，在本方式中，设为通过在计算机上执行规定的程序来构成本装置，但是也可以硬件性地实现这些处理内容的至少一部分。

【产业上的可利用性】

本发明的秘密计算技术能够适用于在将信息隐匿的情况下，例如进行基因组信息的解析、统计计算、数据库处理、医疗信息分析、顾客信息分析、收益分析等。

Claims (7)

1.一种秘密计算系统，包含3台以上的秘密计算装置，

上述秘密计算装置包括：

输入单元，输入将大小为n的排列a＝(a[0],…,a[n-1])隐匿化的隐匿文的排列<a>＝(<a[0]>,…,<a[n-1]>)、0以上且小于n的整数x的隐匿文<x>、以及m个0以上且小于n的整数i₀,…,i_m-1；

隐匿偏移单元，将上述隐匿文的排列<a>仅隐匿偏移<x>，求对将上述排列a仅向左偏移了x的排列a'＝(a'[0],…,a'[n-1])进行了隐匿化的隐匿文的排列<a'>＝(<a'[0]>,…,<a'[n-1]>)；以及

排列生成单元，从上述隐匿文的排列<a'>生成隐匿文的排列<b>＝(<a'[i₀]>,…,<a'[i_m-1]>)，

所述整数x表示位置，所述整数i₀,…,i_m-1是表示离所述整数x表示的位置的相对的位置的明文。

2.一种秘密计算系统，包含3台以上的秘密计算装置，

上述秘密计算装置包括：

输入单元，输入将大小为n的排列a＝(a[0],…,a[n-1])隐匿化的隐匿文的排列<a>＝(<a[0]>,…,<a[n-1]>)、0以上且小于n的整数x的隐匿文<x>、以及自然数m；

隐匿偏移单元，将上述隐匿文的排列<a>仅隐匿偏移<x>，求对将上述排列a仅向左偏移了x的排列a'＝(a'[0],…,a'[n-1])进行了隐匿化的隐匿文的排列<a'>＝(<a'[0]>,…,<a'[n-1]>)；以及

排列生成单元，从上述隐匿文的排列<a'>生成隐匿文的排列<b>＝(<a'[0]>,…,<a'[m-1]>)，

所述整数x表示位置，所述自然数m是表示输出的大小的明文。

3.一种秘密计算装置，包括：

输入单元，输入将大小为n的排列a＝(a[0],…,a[n-1])隐匿化的隐匿文的排列<a>＝(<a[0]>,…,<a[n-1]>)、0以上且小于n的整数x的隐匿文<x>、以及m个0以上且小于n的整数i₀,…,i_m-1；

隐匿偏移单元，将上述隐匿文的排列<a>仅隐匿偏移<x>，求对将上述排列a仅向左偏移了x的排列a'＝(a'[0],…,a'[n-1])进行了隐匿化的隐匿文的排列<a'>＝(<a'[0]>,…,<a'[n-1]>)；以及

排列生成单元，从上述隐匿文的排列<a'>生成隐匿文的排列<b>＝(<a'[i₀]>,…,<a'[i_m-1]>)，

所述整数x表示位置，所述整数i₀,…,i_m-1是表示离所述整数x表示的位置的相对的位置的明文。

4.一种秘密计算装置，包括：

输入单元，输入将大小为n的排列a＝(a[0],…,a[n-1])隐匿化的隐匿文的排列<a>＝(<a[0]>,…,<a[n-1]>)、0以上且小于n的整数x的隐匿文<x>、以及自然数m；

隐匿偏移单元，将上述隐匿文的排列<a>仅隐匿偏移<x>，求对将上述排列a仅向左偏移了x的排列a'＝(a'[0],…,a'[n-1])进行了隐匿化的隐匿文的排列<a'>＝(<a'[0]>,…,<a'[n-1]>)；以及

排列生成单元，从上述隐匿文的排列<a'>生成隐匿文的排列<b>＝(<a'[0]>,…,<a'[m-1]>)，

所述整数x表示位置，所述自然数m是表示输出的大小的明文。

5.一种秘密计算方法，

向输入单元输入将大小为n的排列a＝(a[0],…,a[n-1])隐匿化的隐匿文的排列<a>＝(<a[0]>,…,<a[n-1]>)、0以上且小于n的整数x的隐匿文<x>、以及m个0以上且小于n的整数i₀,…,i_m-1，

隐匿偏移单元将上述隐匿文的排列<a>仅隐匿偏移<x>，求对将上述排列a仅向左偏移了x的排列a'＝(a'[0],…,a'[n-1])进行了隐匿化的隐匿文的排列<a'>＝(<a'[0]>,…,<a'[n-1]>)，

排列生成单元从上述隐匿文的排列<a'>生成隐匿文的排列<b>＝(<a'[i₀]>,…,<a'[i_m-1]>)，

所述整数x表示位置，所述整数i₀,…,i_m-1是表示离所述整数x表示的位置的相对的位置的明文。

6.一种秘密计算方法，

向输入单元输入将大小为n的排列a＝(a[0],…,a[n-1])隐匿化的隐匿文的排列<a>＝(<a[0]>,…,<a[n-1]>)、0以上且小于n的整数x的隐匿文<x>、以及自然数m，

隐匿偏移单元将上述隐匿文的排列<a>仅隐匿偏移<x>，求对将上述排列a仅向左偏移了x的排列a'＝(a'[0],…,a'[n-1])进行了隐匿化的隐匿文的排列<a'>＝(<a'[0]>,…,<a'[n-1]>)，

排列生成单元从上述隐匿文的排列<a'>生成隐匿文的排列<b>＝(<a'[0]>,…,<a'[m-1]>)，

所述整数x表示位置，所述自然数m是表示输出的大小的明文。

7.一种计算机可读取的记录介质，记录了用于使计算机具有权利要求3或者4中记载的秘密计算装置的功能的程序。

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