CN114584396B - 一种多方安全计算协议的数据转换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多方安全计算协议的数据转换方法，包括：搭建SPDZ系统及ABY3系统，通过ABY3系统的各个计算节点生成关系随机数，ABY3系统的各个计算节点将生成的关系随机数进行秘密分享，获得关系随机数的秘密分享因子，将秘密分享因子发送至SPDZ系统，SPDZ系统的各个参与方根据秘密分享因子计算节点分别计算临时转换因子，并将其发送至ABY3系统的各个计算节点，ABY3系统的各个计算节点将临时转换因子进行加和，得到秘密分享因子的组成部分，根据组成部分设置各个计算节点的秘密分享因子。本发明提供的多方安全计算协议的数据转换方法，能够实现基于SPDZ和ABY3的不同隐私计算系统的互联互通。

Description

一种多方安全计算协议的数据转换方法
技术领域
本发明涉及隐私计算技术领域，特别是涉及一种多方安全计算协议的数据转换方法。
背景技术
随着近年来隐私计算行业的发展，隐私计算系统的互联互通日益成为急需解决的重要问题。互联互通最核心的问题是解决不同协议的互联互通，协议的互联互通需要解决的问题可以归纳为：假设两个多方安全计算系统A、B，将系统A在遵循其计算协议执行计算过程中产生的数据，经过特定处理后发送到系统B，系统B可以遵循其多方安全计算协议以系统A发送过来的数据执行后续计算。在执行上述过程时，要求数据传输的处理不降低多方安全计算的安全要求，即不造成原始数据的泄漏。现有技术中，SPDZ协议及ABY3协议受到较为广泛的应用，目前，并没有一种很好的方法实现SPDZ协议与ABY3协议的相互转换。因此，设计一种多方安全计算协议的数据转换方法是十分有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种多方安全计算协议的数据转换方法，能够将SPDZ系统的数据转换为ABY3系统的数据，从而实现了SPDZ和ABY3的不同隐私计算系统的互联互通，可以保证转换中的数据安全性和转换的高效性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种多方安全计算协议的数据转换方法，包括如下步骤：
步骤1：搭建SPDZ系统及ABY3系统，通过ABY3系统的各个计算节点生成关系随机数；
步骤2：ABY3系统的各个计算节点将生成的关系随机数进行秘密分享，获得关系随机数的秘密分享因子，将关系随机数的秘密分享因子发送至SPDZ系统；
步骤3：根据关系随机数的秘密分享因子，SPDZ系统的各个参与方计算节点分别计算临时转换因子，将临时转换因子发送至ABY3系统的各个计算节点；
步骤4：ABY3系统的各个计算节点将临时转换因子进行加和，得到秘密分享因子的组成部分，根据组成部分设置各个计算节点的秘密分享因子。
可选的，步骤1中，搭建SPDZ系统及ABY3系统，通过ABY3系统的各个计算节点生成关系随机数，具体为：
搭建SPDZ系统及ABY3系统，其中，ABY3系统中设置计算节点P1、计算节点P2及计算节点P3，SPDZ系统中设置有n个参与方计算节点Pi，1≤i≤n，计算节点P1、计算节点P2及计算节点P3生成关系随机数a、b及c，且满足a+b+c＝0。
可选的，步骤2中，ABY3系统的各个计算节点将生成的关系随机数进行秘密分享，获得关系随机数的秘密分享因子，将关系随机数的秘密分享因子发送至SPDZ系统，具体为：
ABY3系统的计算节点P1、计算节点P2及计算节点P3分别将关系随机数a、b及c进行秘密分享，获得关系随机数的秘密分享因子a_SPDZ1,...,a_SPDZn、b_SPDZ1,...,b_SPDZn、c_SPDZ1,...,c_SPDZn，其中
a＝a_SPDZ1+...+a_SPDZn
b＝b_SPDZ1+...+b_SPDZn
c＝c_SPDZ1+...+c_SPDZn
将获得的秘密分享因子a_SPDZ1,...,a_SPDZn、b_SPDZ1,...,b_SPDZn、c_SPDZ1,...,c_SPDZn发送至SPDZ系统。
可选的，步骤3中，根据关系随机数的秘密分享因子，SPDZ系统的各个参与方计算节点分别计算临时转换因子，将临时转换因子发送至ABY3系统的各个计算节点，具体为：
SPDZ系统的各个参与方计算节点Pi根据关系随机数的秘密分享因子a_SPDZ1,...,a_SPDZn、b_SPDZ1,...,b_SPDZn、c_SPDZ1,...,c_SPDZn计算临时转换因子，其中临时转换因子分为三组，包括SS_x1_1,...,SS_x1_n、SS_x2_1,...,SS_x2_n、SS_x3_1,...,SS_x3_n，其中，
SS_x1_1＝c_SPDZ1-x1,SS_x1_2＝c_SPDZ2-x2,...,SS_x1_n＝c_SPDZn-xn
SS_x2_1＝a_SPDZ1-x1,SS_x2_2＝a_SPDZ2-x2,...,SS_x2_n＝a_SPDZn-xn
SS_x3_1＝b_SPDZ1-x1,SS_x3_2＝b_SPDZ2-x2,...,SS_x3_n＝b_SPDZn-xn
将临时转换因子SS_x1_1,...,SS_x1_n、SS_x2_1,...,SS_x2_n、SS_x3_1,...,SS_x3_n发送至ABY3系统的计算节点P1、计算节点P2及计算节点P3。
可选的，步骤4中，ABY3系统的各个计算节点将临时转换因子进行加和，得到秘密分享因子的组成部分，根据组成部分设置各个计算节点的秘密分享因子，具体为：
ABY3系统的计算节点P1、计算节点P2及计算节点P3分别将临时转换因子SS_x1_1,...,SS_x1_n、SS_x2_1,...,SS_x2_n、SS_x3_1,...,SS_x3_n进行加和，得到秘密分享因子的组成部分为：
x1＝SS_x1_1+SS_x1_2+...+SS_x1_n
x2＝SS_x2_1+SS_x2_2+...+SS_x2_n
x3＝SS_x3_1+SS_x3_2+...+SS_x3_n
根据秘密分享因子的组成部分，ABY3系统的计算节点P1、计算节点P2及计算节点P3分别设置其秘密分享因子为(x1,a)、(x2,b)及(x3,c)。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的多方安全计算协议的数据转换方法，该方法包括搭建SPDZ系统及ABY3系统，通过ABY3系统的各个计算节点生成关系随机数，ABY3系统的各个计算节点将生成的关系随机数进行秘密分享，获得关系随机数的秘密分享因子，将关系随机数的秘密分享因子发送至SPDZ系统，根据关系随机数的秘密分享因子，SPDZ系统的各个参与方计算节点分别计算临时转换因子，将临时转换因子发送至ABY3系统的各个计算节点，ABY3系统的各个计算节点将临时转换因子进行加和，得到秘密分享因子的组成部分，根据组成部分设置各个计算节点的秘密分享因子；该方法针对SPDZ和ABY3的数据特点进行设计，基于各自的数据特点和已有子协议、已有预处理数据，实现了分别采用了SPDZ和ABY3隐私计算系统之间的互联互通，充分保证了转换中的数据安全性和转换的高效性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例多方安全计算协议的数据转换方法流程示意图；
图2为本发明实施例多方安全计算协议的数据转换方法节点网络示意图图；
图3为SPDZ协议数据格式示意图；
图4为ABY3协议数据格式示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种多方安全计算协议的数据转换方法，能够将SPDZ系统的数据转换为ABY3系统的数据，从而实现了SPDZ和ABY3的不同隐私计算系统的互联互通，可以保证转换中的数据安全性和转换的高效性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1及图2所示，本发明实施例提供的多方安全计算协议的数据转换方法，包括如下步骤：
步骤1：搭建SPDZ系统及ABY3系统，通过ABY3系统的各个计算节点生成关系随机数；
步骤2：ABY3系统的各个计算节点将生成的关系随机数进行秘密分享，获得关系随机数的秘密分享因子，将关系随机数的秘密分享因子发送至SPDZ系统；
步骤3：根据关系随机数的秘密分享因子，SPDZ系统的各个参与方计算节点分别计算临时转换因子，将临时转换因子发送至ABY3系统的各个计算节点；
步骤4：ABY3系统的各个计算节点将临时转换因子进行加和，得到秘密分享因子的组成部分，根据组成部分设置各个计算节点的秘密分享因子。
步骤1中，搭建SPDZ系统及ABY3系统，通过ABY3系统的各个计算节点生成关系随机数，具体为：
搭建SPDZ系统及ABY3系统，其中，ABY3系统中设置计算节点P1、计算节点P2及计算节点P3，SPDZ系统中设置有n个参与方计算节点Pi，1≤i≤n，计算节点P1、计算节点P2及计算节点P3生成关系随机数a、b及c，且满足a+b+c＝0。
步骤2中，ABY3系统的各个计算节点将生成的关系随机数进行秘密分享，获得关系随机数的秘密分享因子，将关系随机数的秘密分享因子发送至SPDZ系统，具体为：
ABY3系统的计算节点P1、计算节点P2及计算节点P3分别将关系随机数a、b及c进行秘密分享，获得关系随机数的秘密分享因子a_SPDZ1,...,a_SPDZn、b_SPDZ1,...,b_SPDZn、c_SPDZ1,...,c_SPDZn，其中
a＝a_SPDZ1+...+a_SPDZn
b＝b_SPDZ1+...+b_SPDZn
c＝c_SPDZ1+...+c_SPDZn
将获得的秘密分享因子a_SPDZ1,...,a_SPDZn、b_SPDZ1,...,b_SPDZn、c_SPDZ1,...,c_SPDZn发送至SPDZ系统；
获得关系随机数的秘密分享因子的具体的过程以a为例展开叙述，首先，生成随机数a_SPDZ1,...,a_SPDZn-1，计算a_SPDZn＝a-a_SPDZ1-...-a_SPDZn-1，进而获得关系随机数的秘密分享因子a_SPDZ1,...,a_SPDZn。
步骤3中，根据关系随机数的秘密分享因子，SPDZ系统的各个参与方计算节点分别计算临时转换因子，将临时转换因子发送至ABY3系统的各个计算节点，具体为：
SPDZ系统的各个参与方计算节点Pi根据关系随机数的秘密分享因子a_SPDZ1,...,a_SPDZn、b_SPDZ1,...,b_SPDZn、c_SPDZ1,...,c_SPDZn计算临时转换因子，其中临时转换因子分为三组，包括SS_x1_1,...,SS_x1_n、SS_x2_1,...,SS_x2_n、SS_x3_1,...,SS_x3_n，其中，
SS_x1_1＝c_SPDZ1-x1,SS_x1_2＝c_SPDZ2-x2,...,SS_x1_n＝c_SPDZn-xn
SS_x2_1＝a_SPDZ1-x1,SS_x2_2＝a_SPDZ2-x2,...,SS_x2_n＝a_SPDZn-xn
SS_x3_1＝b_SPDZ1-x1,SS_x3_2＝b_SPDZ2-x2,...,SS_x3_n＝b_SPDZn-xn
将临时转换因子SS_x1_1,...,SS_x1_n、SS_x2_1,...,SS_x2_n、SS_x3_1,...,SS_x3_n发送至ABY3系统的计算节点P1、计算节点P2及计算节点P3。
步骤4中，ABY3系统的各个计算节点将临时转换因子进行加和，得到秘密分享因子的组成部分，根据组成部分设置各个计算节点的秘密分享因子，具体为：
ABY3系统的计算节点P1、计算节点P2及计算节点P3分别将临时转换因子SS_x1_1,...,SS_x1_n、SS_x2_1,...,SS_x2_n、SS_x3_1,...,SS_x3_n进行加和，得到秘密分享因子的组成部分为：
x1＝SS_x1_1+SS_x1_2+...+SS_x1_n
x2＝SS_x2_1+SS_x2_2+...+SS_x2_n
x3＝SS_x3_1+SS_x3_2+...+SS_x3_n
根据秘密分享因子的组成部分，ABY3系统的计算节点P1、计算节点P2及计算节点P3分别设置其秘密分享因子为(x1,a)、(x2,b)及(x3,c)。
SPDZ是一种基于秘密分享的多方安全计算协议，支持n计算节点，通过使用离线预计算实现了较高的在线效率，并且可以支持恶意模型下的计算(即可以检测是否有计算节点违背计算协议)，目前已经被多个国内外厂家采用，其中，SPDZ协议的数据格式如图3所示，在SPDZ协议中，存在n个参与方Pi，i＝1～n，每个参与方各自持有准同态加密(SHE)的公钥Pk，私钥的秘密分享因子si，基于si可对基于Pk所加密的数据进行分布式的解密，Pi还持有一个本地Mac(消息验证码)的密钥βi，n个基于Pk对βi加密的密文E(β1)，..，E(βn)，一个全局Mac(消息验证码)密钥α的秘密分享因子αi，一个基于Pk对全局密钥α加密的密文E(α)；全局密钥α的Mac值γi(x)的秘密分享因子γi(α)1,...,γi(α)n，其中γi(x)＝x*βi,(i＝1～n)；参与计算数据x的秘密分享因子xi，x的Mac值γ(x)的秘密分享因子γ(x)i，其中γ(x)＝α*(x+δ)。
ABY3是一种混合协议的多方安全计算协议，即方案中包括秘密分享、二进制秘密分享、混淆电路等协议，并提供了相互之间数据转换的方案，该方案当前被国内外较多的隐私计算厂家采用，其中，ABY3协议的数据格式如图4所示，ABY3协议方案中，有三个计算节点，数据秘密分享方式为：数据方持有数据x，并生成关系随机数("CorrelatedRandomness")v1、v2、v3，且v1+v2+v3＝0，数据方计算：x1＝v3-x，x2＝v1-x，x3＝v2-x，然后数据方将(v1，x1)、(v2，x2)、(v3，x3)分别发送给计算节点P1、P2、P3持有。
本发明提供的多方安全计算协议的数据转换方法，该方法包括搭建SPDZ系统及ABY3系统，通过ABY3系统的各个计算节点生成关系随机数，ABY3系统的各个计算节点将生成的关系随机数进行秘密分享，获得关系随机数的秘密分享因子，将关系随机数的秘密分享因子发送至SPDZ系统，根据关系随机数的秘密分享因子，SPDZ系统的各个参与方计算节点分别计算临时转换因子，将临时转换因子发送至ABY3系统的各个计算节点，ABY3系统的各个计算节点将临时转换因子进行加和，得到秘密分享因子的组成部分，根据组成部分设置各个计算节点的秘密分享因子；该方法针对SPDZ和ABY3的数据特点进行设计，基于各自的数据特点和已有子协议、已有预处理数据，实现了分别采用了SPDZ和ABY3隐私计算系统之间的互联互通，充分保证了转换中的数据安全性和转换的高效性。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种多方安全计算协议的数据转换方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：搭建SPDZ系统及ABY3系统，通过ABY3系统的各个计算节点生成关系随机数；
步骤2：ABY3系统的各个计算节点将生成的关系随机数进行秘密分享，获得关系随机数的秘密分享因子，将关系随机数的秘密分享因子发送至SPDZ系统；
ABY3系统的计算节点P1、计算节点P2及计算节点P3分别将关系随机数a、b及c进行秘密分享，获得关系随机数的秘密分享因子a_SPDZ1,...,a_SPDZn、b_SPDZ1,...,b_SPDZn、c_SPDZ1,...,c_SPDZn，其中
a＝a_SPDZ1+...+a_SPDZn
b＝b_SPDZ1+...+b_SPDZn
c＝c_SPDZ1+...+c_SPDZn
将获得的秘密分享因子a_SPDZ1,...,a_SPDZn、b_SPDZ1,...,b_SPDZn、c_SPDZ1,...,c_SPDZn发送至SPDZ系统；
获得关系随机数的秘密分享因子的具体的过程，首先，生成随机数a_SPDZ1,...,a_SPDZn-1，计算a_SPDZn＝a-a_SPDZ1-...-a_SPDZn-1，进而获得关系随机数的秘密分享因子a_SPDZ1,...,a_SPDZn；
步骤3：根据关系随机数的秘密分享因子，SPDZ系统的各个参与方计算节点分别计算临时转换因子，将临时转换因子发送至ABY3系统的各个计算节点；
SPDZ系统的各个参与方计算节点Pi根据关系随机数的秘密分享因子a_SPDZ1,...,a_SPDZn、b_SPDZ1,...,b_SPDZn、c_SPDZ1,...,c_SPDZn计算临时转换因子，其中临时转换因子分为三组，包括SS_x1_1,...,SS_x1_n、SS_x2_1,...,SS_x2_n、SS_x3_1,...,SS_x3_n，其中，
SS_x1_1＝c_SPDZ1-x1,SS_x1_2＝c_SPDZ2-x2,...,SS_x1_n＝c_SPDZn-xn
SS_x2_1＝a_SPDZ1-x1,SS_x2_2＝a_SPDZ2-x2,...,SS_x2_n＝a_SPDZn-xn
SS_x3_1＝b_SPDZ1-x1,SS_x3_2＝b_SPDZ2-x2,...,SS_x3_n＝b_SPDZn-xn
将临时转换因子SS_x1_1,...,SS_x1_n、SS_x2_1,...,SS_x2_n、SS_x3_1,...,SS_x3_n发送至ABY3系统的计算节点P1、计算节点P2及计算节点P3；
步骤4：ABY3系统的各个计算节点将临时转换因子进行加和，得到秘密分享因子的组成部分，根据组成部分设置各个计算节点的秘密分享因子；
ABY3系统的计算节点P1、计算节点P2及计算节点P3分别将临时转换因子SS_x1_1,...,SS_x1_n、SS_x2_1,...,SS_x2_n、SS_x3_1,...,SS_x3_n进行加和，得到秘密分享因子的组成部分为：
x1＝SS_x1_1+SS_x1_2+...+SS_x1_n
x2＝SS_x2_1+SS_x2_2+...+SS_x2_n
x3＝SS_x3_1+SS_x3_2+...+SS_x3_n
根据秘密分享因子的组成部分，ABY3系统的计算节点P1、计算节点P2及计算节点P3分别设置其秘密分享因子为(x1,a)、(x2,b)及(x3,c)。
2.根据权利要求1所述的多方安全计算协议的数据转换方法，其特征在于，步骤1中，搭建SPDZ系统及ABY3系统，通过ABY3系统的各个计算节点生成关系随机数，具体为：
搭建SPDZ系统及ABY3系统，其中，ABY3系统中设置计算节点P1、计算节点P2及计算节点P3，SPDZ系统中设置有n个参与方计算节点Pi，1≤i≤n，计算节点P1、计算节点P2及计算节点P3生成关系随机数a、b及c，且满足a+b+c＝0。
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