JP2006201468A - Method, system, and program for secret calculation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、情報セキュリテイの技術分野に関し、特に暗号技術を応用し、関数への入力値を知ることなく、当該関数の計算および出力結果の取得を可能とする技術に関する。 The present invention relates to the technical field of information security, and more particularly, to a technique that makes it possible to calculate a function and obtain an output result without knowing an input value to the function by applying a cryptographic technique.
従来、関数への入力値を知ることなく、当該関数の計算および出力結果の取得を可能とする手段としては、例えば、非特許文献1で提案されている技術(以降これをST04と略記する)がある。STO4を用いれば、ある(複数の)数値に対して、ある暗号アルゴリズムを用いて変換することで当該数値を秘匿し、当該変換された数値を入力として、ある複数の装置が計算に協力することで、入力の(元の)数値を漏らすことなく関数の出力結果を得ることができる。更に出力結果の正当性、すなわち各装置が正しい処理を行ったかどうかを検証することもできる。以降、関数への入力値を知ることなく、当該関数の計算および出力結果の取得が可能な方法を便宜上、秘密計算方法と呼ぶことにする。 Conventionally, as means for enabling calculation of a function and acquisition of an output result without knowing an input value to the function, for example, a technique proposed in Non-Patent Document 1 (hereinafter abbreviated as ST04). There is. If STO4 is used, a certain (multiple) numerical value is converted by using a certain cryptographic algorithm to conceal the numerical value, and the converted numerical value is used as input to allow a plurality of devices to cooperate in the calculation. Thus, the output result of the function can be obtained without leaking the input (original) numerical value. Further, it is possible to verify the validity of the output result, that is, whether each device has performed the correct processing. Hereinafter, a method capable of calculating the function and obtaining an output result without knowing an input value to the function will be referred to as a secret calculation method for convenience.
STO4では、非特許文献1の中で明記している暗号アルゴリズムEに対して、a,b(a,bは0または1のどちらかであるとする)の暗号文E(a),E(b)が与えられれば、ある複数の装置が計算に協力することで、a,bを知らなくともa+bの暗号文E(a+b)、および暗号文E(a*b)を求めることができる。便宜上、ここで「*」は排他的論理和を意味するとする。「+」は論理和である。また、例えば非特許文献2で提案されている分散復号技術を用いることで、一定数以上の装置が復号計算に協力した暗号文(例えばE(a+b)やE(a*b))に限り復号できる。
In STO4, ciphertexts E (a) and E (a) of a and b (assuming that a and b are either 0 or 1) with respect to the encryption algorithm E specified in
0または1からなる入力の数値が暗号化された状態のまま、当該数値の加算および排他的論理和の結果(の暗号文)を求めることができれば、当該数値の論理和(OR)および論理積(AND)の結果(の暗号文)を求めることができる。すなわち、理論的には、入力の数値が暗号化された状態のまま多くの関数を計算できることになる。しかし、ST04では、E(a),E(b)からE(a*b)を計算するために、一旦E(a)をある変換規則に基づいてE(a′)に変換する必要がある。ここでa′=2a−1となる。 If the numerical value of the input consisting of 0 or 1 is encrypted and the result of the addition of the numerical values and the exclusive OR (the ciphertext) can be obtained, the logical sum (OR) and logical product of the numerical values The result of (AND) can be obtained. That is, in theory, many functions can be calculated with the input numerical value encrypted. However, in ST04, in order to calculate E (a * b) from E (a) and E (b), it is necessary to convert E (a) to E (a ′) once based on a certain conversion rule. . Here, a '= 2a-1.
本発明が解決しようとする一番目の課題は、上記変換を行うことなくE(a*b)を計算できるようにし、これにより計算量を削減しようとするものである。 The first problem to be solved by the present invention is to make it possible to calculate E (a * b) without performing the above conversion, thereby reducing the amount of calculation.
そして、本発明が解決しようとする二番目の課題は、並列計算処理を従来よりも効率化することで、全体の処理時間を削減しようとするものである。ST04では、各装置が順序的に処理を行う箇所があり、これによりある装置が待ち状態になる場合があると考えられる。本発明では、当該待ち状態が少なくするような方法を新たに与えることで、全体の処理時間の削減効果を狙っている。 The second problem to be solved by the present invention is to reduce the overall processing time by making parallel computing more efficient than before. In ST04, there is a place where each device performs processing in order, and it is considered that a certain device may enter a waiting state. The present invention aims to reduce the overall processing time by newly providing a method for reducing the waiting state.
また、一番目の課題に対する解決方法に付随した話として、ST04では、各装置が正しく処理を行ったことを証明する技術を用いているが、当該技術はその安全性が計算量的仮定に基づいており、新しい攻撃アルゴリズムが発見されることで、各装置が持つ秘密情報のゼロ知識性や健全性(正しくない処理を行った場合は処理正当性を証明できないような性質)が失われてしまう可能性がある。したがって、各装置が正しく処理を行ったことを証明する別技術を見つけることは、安全性の観点から、とても意義深いといえる。 In addition, as a story accompanying the solution to the first problem, ST04 uses a technique for proving that each device has correctly processed, but the safety is based on a computational assumption. As a result of the discovery of new attack algorithms, the zero knowledge and soundness of confidential information possessed by each device will be lost (property that cannot be proved if processing is incorrect) there is a possibility. Therefore, it can be said that it is very significant from the viewpoint of safety to find another technique that proves that each device has correctly processed.
そこで本発明が解決しようとする三番目の課題は、一番目の課題に対する解決方法に対して、各装置が正しく処理を行ったことを証明するために、ST04で提案されている技術とは別の技術を提案することである。 Therefore, the third problem to be solved by the present invention is different from the technique proposed in ST04 in order to prove that each device has correctly processed the solution to the first problem. It is to propose the technology.
Gをある有限体上で定義された楕円曲線の有理点からなる群とし、PをGの元とする。Pの位数をpとする。そして、秘密鍵x∈{1,…,p}に対してQ=xPとし、(G,p,P,Q)を公開鍵とする。 Let G be a group of rational points of an elliptic curve defined on a finite field, and let P be an element of G. Let p be the order of P. Then, for the secret key x∈ {1,..., P}, Q = xP, and (G, p, P, Q) is the public key.
このとき、平文a∈{0,1}を暗号化する暗号関数Eを次のように定義する。
E(a,r)=(A,B)=(rP,(r+a)Q)
ここでrは1以上p以下の乱数である。
At this time, the encryption function E for encrypting the plaintext aε {0,1} is defined as follows.
E (a, r) = (A, B) = (rP, (r + a) Q)
Here, r is a random number between 1 and p.
復号処理はxAを計算すれば良く、これにより The decryption process only needs to calculate xA.
次に、E(a,r),E(b,s)からa*bの暗号文を求める方法の概略を説明する。これが本発明の主要部分となる。ここで、b,b∈{0,1}の暗号文E(a,r)(=(A,B),E(b,s)(=(X,Y)は制御装置へ事前に与えられているとする。
先ず、暗号文変換装置が制御装置より(G,p,P,Q),E(a,r)(=(A,B))を入力として以下の処理を行う。
1.ランダムビットeおよび1以上p以下の乱数tを生成する。
2.以下に従って(A′,B′)を求め、それを複数の復号装置に送信する。
Next, an outline of a method for obtaining a * b ciphertext from E (a, r) and E (b, s) will be described. This is the main part of the present invention. Here, the ciphertext E (a, r) (= (A, B), E (b, s) (= (X, Y)) of b, bε {0,1} is given to the control device in advance. Suppose that
First, the ciphertext conversion apparatus performs the following processing with (G, p, P, Q), E (a, r) (= (A, B)) as inputs from the control apparatus.
1. A random bit e and a random number t of 1 to p are generated.
2. According to the following, (A ′, B ′) is obtained and transmitted to a plurality of decoding devices.
次に、複数の復号装置が(A′,B′)入力として分散復号を行い、制御装置に送信することで、制御装置は(A′,B′)の復号結果cを得る(このときc=a*e(排他的論理和)が成り立つ)。 Next, a plurality of decoding devices perform distributed decoding as (A ′, B ′) inputs and transmit them to the control device, whereby the control device obtains a decoding result c of (A ′, B ′) (at this time c = A * e (exclusive OR) holds).
制御装置は、当該復号結果c∈{0,1}について以下の処理を行う。
1.1以上p以下の乱数wを生成する。
2.以下に従って(C,D)を求め、当該暗号文を暗号文変換装置に送信する。
The control device performs the following processing on the decryption result cε {0, 1}.
1. Generate a random number w between 1.1 and p.
2. Obtain (C, D) according to the following, and send the ciphertext to the ciphertext converter.
暗号文変換装置は(G,p,P,Q),(C,D)を入力として、以下の処理を行う。
1.1以上p以下の乱数uを生成する。
2.以下に従って(C′,D′)を求め、それを制御装置に送信する。
The ciphertext conversion apparatus performs the following processing with (G, p, P, Q), (C, D) as inputs.
1. Generate a random number u between 1.1 and p.
2. According to the following, (C ′, D ′) is obtained and transmitted to the control device.
(C′,D′)の復号結果c′は、c′=a*bが成り立つことから、上記の操作により制御装置はa*bの暗号文、すなわち(C′,D′)を得ることができる。 Since the decryption result c ′ of (C ′, D ′) satisfies c ′ = a * b, the control device obtains the ciphertext of a * b, that is, (C ′, D ′) by the above operation. Can do.
本発明の秘密計算方法によれば、従来技術のように、E(a*b)を計算するためにE(a)をE(a′)(a′=2a−1)に変換する必要はないため、計算時間の削減が期待できる。また、従来技術では、本発明で(A,B)から(A′,B′)を計算する処理(これを[処理1]とする)、および(C,D)から(C′,D′)を計算する処理(これを[処理2]とする)に相当する、同程度の計算量の処理部分(これらをそれぞれ[処理3]、[処理4]とする)が存在するが、それを従来技術では同時期に計算する必要がある。しかし本発明では当該処理が同時期ではないため、例えば装置Aが[処理1]を終えれば、直ちに当該計算結果を装置Bに送信し、装置Bはその後直ちに当該計算結果を入力とした処理を行うことができる。また装置Aは[処理1]を終えれば、別の入力に対して直ちに処理を行うこともできる。一方従来技術では、[処理3]、[処理4]を終えてから当該計算結果を装置Bに送信することになるため、装置Bの待ち時間が本発明よりも長くなる場合がある。これにより本発明は並列処理の効率化が期待でき、全体の処理時間の削減効果が期待できる。 According to the secret calculation method of the present invention, it is necessary to convert E (a) to E (a ′) (a ′ = 2a−1) in order to calculate E (a * b) as in the prior art. Therefore, the calculation time can be reduced. In the prior art, the present invention calculates (A ′, B ′) from (A, B) (this is referred to as [Process 1]) and (C, D) to (C ′, D ′). ) Corresponding to the processing for calculating (this is referred to as [processing 2]) (there are processing portions of [processing 3] and [processing 4], respectively) having the same amount of calculation. In the prior art, it is necessary to calculate at the same time. However, in the present invention, since the process is not the same period, for example, when apparatus A finishes [Process 1], the calculation result is immediately transmitted to apparatus B, and apparatus B immediately receives the calculation result as an input. It can be performed. In addition, after finishing [Processing 1], apparatus A can immediately process another input. On the other hand, in the prior art, since the calculation result is transmitted to the apparatus B after finishing [Process 3] and [Process 4], the waiting time of the apparatus B may be longer than that of the present invention. As a result, the present invention can be expected to improve the efficiency of parallel processing, and can be expected to reduce the overall processing time.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
第1の実施の形態におけるシステム構成は、図1に示すように、同一のネットワーク100で結ばれた、10の暗号文生成装置1,…,N(Nは適当な自然数)、制御装置20、暗号文変換装置30、および40の復号装置1,2からなる。ここで復号装置を複数に設定しているのは、復号装置が単一であれば、当該復号装置は入力の数値の暗号文も復号できる権限を持つことになり、明らかに本発明が取り上げている課題を解決できないが、本実施の形態のように復号装置を複数に設定すれば、分散復号技術を用いて、それら復号装置が結託しない限りは入力の数値を知ることが困難とできるためである。なお、本実施の形態では、簡単に復号装置の数は2としたが、一般に2以上いくつでもよい。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, the system configuration in the first embodiment includes ten
はじめに本発明で用いる暗号方式について、図2の処理シーケンス図を参照して説明する。
制御装置20は、有限体および楕円曲線を生成するためのパラメータを与えることで有限体および楕円曲線をそれぞれ一つずつ決定し(S101)、更に当該有限体上で定義された当該楕円曲線の有理点からなる群Gを決定する(S102)。また、Gの元を一つ選び、これをPとする(S103)。次に、Pの位数pを計算する(S104)。そして、(G,p,P)の組を復号装置40(i)(i=1,2)に送信する。
First, the encryption method used in the present invention will be described with reference to the processing sequence diagram of FIG.
The control device 20 determines one each of the finite field and the elliptic curve by giving parameters for generating the finite field and the elliptic curve (S101), and further rationalizes the elliptic curve defined on the finite field. A group G consisting of points is determined (S102). Further, one element of G is selected and set as P (S103). Next, the order p of P is calculated (S104). Then, the set of (G, p, P) is transmitted to the decoding device 40 (i) (i = 1, 2).
復号装置40(i)は、(G,p,P)を入力として、1以上p以下の乱数xiを生成後、Qi=xiPを計算し、Qiを制御装置20に送信する(S105〜S108)。ここでは、復号装置40(1)は乱数x1を生成し(S105)、Q1=x1Pを計算して(S106)、当該Q1を制御装置20に送信し、また、復号装置40(2)は乱数x2を生成し(S107)、Q2=x2Pを計算して(S108)、Q2を制御装置20に送信する。 The decryption device 40 (i) receives (G, p, P) as an input, generates a random number x i not less than 1 and not more than p, calculates Q i = x i P, and transmits Q i to the control device 20. (S105 to S108). Here, the decryption device 40 (1) generates a random number x 1 (S105), calculates Q 1 = x 1 P (S106), transmits the Q 1 to the control device 20, and the decryption device 40 (2) generates a random number x 2 (S 107), calculates Q 2 = x 2 P (S 108), and transmits Q 2 to the control device 20.
制御装置20は、Q=Q1+Q2を計算し(S109)、(G,p,P,Q)を公開する(S110)。 The control device 20 calculates Q = Q 1 + Q 2 (S109) and discloses (G, p, P, Q) (S110).
以上の準備の下、先ず本発明で用いる暗号化処理について説明する。
平文a∈{0,1}を暗号化する暗号関数Eを
E(a,r)=(A,B)=(rP,(r+a)Q)
と定義する。ここでrは1以上p以下の乱数である。
With the above preparation, the encryption process used in the present invention will be described first.
The encryption function E for encrypting the plaintext a∈ {0,1} is expressed by E (a, r) = (A, B) = (rP, (r + a) Q)
It is defined as Here, r is a random number between 1 and p.
次に復号処理について説明する。
いま、x=x1+x2とおくと、xAを計算すればE(a,r)を復号できる。すなわち、
Next, the decoding process will be described.
Now, assuming x = x 1 + x 2 , E (a, r) can be decoded by calculating xA. That is,
次に具体的な秘密計算方法として、基本論理ゲート(NOT,AND,OR,NAND,NOR)に対する秘密計算方法の手順について説明する。ここで基本論理ゲートヘの入力となるa,b∈{0,1}の暗号文E(a,r),E(b,s)は、上記の暗号化処理方法を用いて暗号文生成装置10(1),…,(N)の何れかによって生成されたものであり、当該暗号文は制御装置20へ事前に与えられていると仮定する。なおここではどの暗号文生成装置10がE(a,r),E(b,s)を生成したかについては言及しないが、実際、当該二つの暗号文は同一の装置によって生成される必要はなく、一般に用途によって異なると考えられる。 Next, as a specific secret calculation method, the procedure of the secret calculation method for the basic logic gates (NOT, AND, OR, NAND, NOR) will be described. Here, the ciphertexts E (a, r) and E (b, s) of a, bε {0,1} that are input to the basic logic gate are converted into the ciphertext generating apparatus 10 using the above-described encryption processing method. (1),..., (N), and it is assumed that the ciphertext is given to the control device 20 in advance. It should be noted that here, ciphertext generation device 10 does not mention which E (a, r) and E (b, s) are generated, but actually, the two ciphertexts need to be generated by the same device. It is generally considered that it varies depending on the application.
基本論理ゲート(NOT、AND,OR、NAND,NOR)を表す論理関数は、排他的論理和(*)、加減算、および定数倍を用いてそれぞれ以下とできる。 The logic functions representing the basic logic gates (NOT, AND, OR, NAND, NOR) can be expressed as follows using exclusive OR (*), addition / subtraction, and constant multiplication.
先ずNOTの処理について説明する。この処理は単純で、制御装置20は,E(a,r)(=(A,B))を入力とし、1−aの暗号文(A′,B′)=(−A,−B+Q)を計算し、当該暗号文を取得すれば良い。ここで、 First, the NOT process will be described. This process is simple, and the controller 20 receives E (a, r) (= (A, B)) as input, and 1-a ciphertext (A ′, B ′) = (− A, −B + Q). And the ciphertext may be obtained. here,
次に定数倍について説明する。この処理も単純で、制御装置20は、定数kおよびE(a,r)(=(A,B))を入力とし、kaの暗号文(A′,B′)=(kA,kB)を計算し、当該暗号文を取得すれば良い。ここで、 Next, constant multiplication will be described. This process is also simple. The control device 20 receives the constants k and E (a, r) (= (A, B)) and inputs the ciphertext (A ′, B ′) = (kA, kB) of ka. It is only necessary to calculate and obtain the ciphertext. here,
次に排他的論理和の処理について、図3の処理シーケンス図を参照して説明する。これが本実施の形態の主要部分となる。
各装置は(G,p,P,Q)を保持しているとする。また、a,b∈{0,1}の暗号文E(a,r)(=A,B),E(b,s)(=X,Y))は、暗号文生成装置10(i),(j)から制御装置20へ事前にあたえられているとする。
先ず、制御装置20は、E(a,r)(=(A,B))を暗号文変換装置30に送信する。なお、各装置では、あらかじめ(G,p,P,Q)を保持しているとする。
Next, exclusive OR processing will be described with reference to the processing sequence diagram of FIG. This is a main part of the present embodiment.
Assume that each device holds (G, p, P, Q). The ciphertext E (a, r) (= A, B), E (b, s) (= X, Y)) of a, bε {0,1} , (J) to the control device 20 in advance.
First, the control device 20 transmits E (a, r) (= (A, B)) to the ciphertext conversion device 30. Each device holds (G, p, P, Q) in advance.
暗号文変換装置30は(E(a,r)(=(A,B))を入力とし、以下の処理を行う。
1.ランダムビットeおよび1以上p以下の乱数tを生成する(S111)。
2.以下に従って暗号文(A′,B′)を計算する(S112)。
The ciphertext conversion apparatus 30 receives (E (a, r) (= (A, B)) as input and performs the following processing.
1. A random bit e and a random number t of 1 to p are generated (S111).
2. The ciphertext (A ′, B ′) is calculated according to the following (S112).
暗号文変換装置30は、暗号文(A′,B′)を復号装置40(1)、復号装置40(2)に送信する。 The ciphertext conversion device 30 transmits the ciphertext (A ′, B ′) to the decryption device 40 (1) and the decryption device 40 (2).
復号装置40(1)は(A′,B′)を入力とし、x1A′を計算し、それを制御装置20に送信する(S113)。同様に、復号装置40(2)は(A′,B′)を入力とし、x2A′を計算し、それを制御装置20に送信する(S114)。 The decoding device 40 (1) receives (A ′, B ′) as input, calculates x 1 A ′, and transmits it to the control device 20 (S113). Similarly, the decoding device 40 (2) receives (A ′, B ′) as input, calculates x 2 A ′, and transmits it to the control device 20 (S114).
制御装置20はxA′=x1A′+x2A′を計算する(S115)。そして、xA′=B′であれば(A′,B′)の復号結果cを“0”、それ以外(xA′=B′−Q)であれば“1”とする(S116〜S118)。その後、当該復号結果c∈{0,1}について以下の処理を行う。
1.1以上p以下の乱数wを生成する(S119)。
2.以下に従って暗号文(C,D)を計算する(S120)。
The controller 20 calculates xA ′ = x 1 A ′ + x 2 A ′ (S115). If xA ′ = B ′, the decoding result c of (A ′, B ′) is set to “0”, and otherwise (xA ′ = B′−Q) is set to “1” (S116 to S118). . Thereafter, the following processing is performed on the decoding result cε {0, 1}.
A random number w between 1.1 and p is generated (S119).
2. The ciphertext (C, D) is calculated according to the following (S120).
そして、制御装置20は、(C,D)を暗号文変換置装置30に送信する。 Then, the control device 20 transmits (C, D) to the ciphertext conversion device 30.
なお、上記の(A′,B′)から復号結果cを求める処理は分散復号とよばれる処理であるが、先の[非特許文献2]によれば、k(>2)台の復号装置が復号処理に協力した場合に限り復号が可能であり、また、より一般的にn台中、任意のk台の復号装置が復号処理に協力した場合に限り復号が可能とすることもできる(ここでn,kは任意数の設定が可能な値)。しかしここでは、その処理手順については[非特許文献2]からも明らかであるため説明を省略する。 The process of obtaining the decoding result c from (A ′, B ′) is a process called distributed decoding. According to the above [Non-Patent Document 2], k (> 2) decoding devices. Decoding is possible only when the decoding process cooperates with the decoding process, and more generally, decoding can be performed only when any of the n decoding apparatuses cooperate with the decoding process (here, N and k are values that can be set to any number). However, since the processing procedure is clear from [Non-Patent Document 2], the description thereof is omitted.
ここで当該復号結果cについて、c=a*e(排他的論理和)が成り立つことを確認しておく。e=0であれば、(A′,B′)=((r+t)P,(r+a+t)Q)であるから、(A′,B′)=E(a,r+t)が成り立つ。すなわちc=a=a*0が成り立つ。一方e=1であれば、(A′,B′)=((−r+t)P,(−r−a+t+1)Q)=((t−r)P,((t−r)+(1−a))Q)であるから、(A′,B′)=E(1−a,t−r)が成り立つ。すなわちc=1−a=a*1が成り立つ。したがって、c=a*eが成り立つことが分かる。 Here, it is confirmed that c = a * e (exclusive OR) holds for the decryption result c. If e = 0, (A ′, B ′) = ((r + t) P, (r + a + t) Q), and therefore (A ′, B ′) = E (a, r + t) holds. That is, c = a = a * 0 holds. On the other hand, if e = 1, (A ′, B ′) = ((− r + t) P, (− r−a + t + 1) Q) = ((t−r) P, ((t−r) + (1− a)) Since Q), (A ′, B ′) = E (1−a, tr) holds. That is, c = 1−a = a * 1 holds. Therefore, it can be seen that c = a * e holds.
そして同様の説明により、(C,D)はb*cの暗号文となることも分かる。すなわち、c=0であればb*c=bであり、かつ(C,D)=(X,Y)+(wP,wQ)=E(b,s+w)が成り立つ。一方、c=1であればb*c=1−bであり、かつ(C,D)=(−X,−Y)+(wP,(w+1)Q)=E(−b,−s+w)が成り立つ。したがって、(C,D)はb*cの暗号文である。 From the same explanation, it is understood that (C, D) is a ciphertext of b * c. That is, if c = 0, b * c = b and (C, D) = (X, Y) + (wP, wQ) = E (b, s + w) holds. On the other hand, if c = 1, b * c = 1−b and (C, D) = (− X, −Y) + (wP, (w + 1) Q) = E (−b, − s + w) holds. Therefore, (C, D) is a ciphertext of b * c.
次に暗号文変換装置30は(C,D)を入力として、以下の処理を行う。
1.1以上p以下の乱数uを生成する(S121)。
2.以下に従って暗号文(C′,D′)を計算する(S122)。
Next, the ciphertext conversion apparatus 30 performs the following processing with (C, D) as an input.
A random number u between 1.1 and p is generated (S121).
2. The ciphertext (C ′, D ′) is calculated according to the following (S122).
ここで、(C′,D′)の復号結果c′は、c′=b*c*e=a*bが成り立つことから、上記の処理により、制御装置20はa,bを知ることなく、a*bの暗号文、すなわち(C′,D′)を得ることができる。制御装置20は、必要に応じ(C′,D′)を出力する(S123)。 Here, since the decoding result c ′ of (C ′, D ′) satisfies c ′ = b * c * e = a * b, the control device 20 does not know a and b by the above processing. , A * b ciphertext, that is, (C ′, D ′). The control device 20 outputs (C ′, D ′) as required (S123).
ここで当該復号結果c′について、c′=a*bが成り立つことを確認しておく。e=0であれば、(C′,D′)=(C+uP,D+uQ)であるから、(C′,D′)の復号結果と(C,D)の復号結果は明らかに等しい。すなわちc′=b*c=b*(a*e)b=a*bが成り立つ。一方e=1であれば、(C′,D′)=(−C+uP,−D+(u+1)Q)であるから、c=0であれば、(C′,D′)=((−s−w+u)P,(−s−b−w+u+1)Q)となり、c′=1−b=b*1を得る。これに対して、いまc=0,e=1であるから、a=1となり、c′=b=abが成り立つ。また、c=1であれば(C′,D′)=((−s−w+u)P,(s+b−w+u)Q)となり、c′=bを得る。これに対して、いまc=e=1であるから、a=0となり、c′=a*bが成り立つ。したがって(C′,D′)はa*bの暗号文となることが分かる。 Here, it is confirmed that c ′ = a * b holds for the decoding result c ′. If e = 0, since (C ′, D ′) = (C + uP, D + uQ), the decoding result of (C ′, D ′) and the decoding result of (C, D) are clearly equal. That is, c ′ = b * c = b * (a * e) b = a * b holds. On the other hand, if e = 1, (C ′, D ′) = (− C + uP, −D + (u + 1) Q), so if c = 0, (C ′, D ′) = ((− s −w + u) P, (−s−b−w + u + 1) Q) to obtain c ′ = 1−b = b * 1. On the other hand, since c = 0 and e = 1, a = 1 and c ′ = b = ab holds. If c = 1, (C ′, D ′) = ((− s−w + u) P, (s + b−w + u) Q) is obtained, and c ′ = b is obtained. On the other hand, since c = e = 1, a = 0 and c ′ = a * b holds. Therefore, it can be seen that (C ′, D ′) is a ciphertext of a * b.
以上より、制御装置20は、暗号文変換装置30および復号装置40(1),(2)の協力により、aの暗号文E(a,r)およびbの暗号文E(b,s)から、a,bを知ることなくa*bの暗号文を計算することができ、更には当該暗号文を取得することができる。 As described above, the control device 20 uses the ciphertext E (a, r) and b's ciphertext E (b, s) in cooperation with the ciphertext conversion device 30 and the decryption devices 40 (1) and (2). , A * b ciphertext can be calculated without knowing a and b, and the ciphertext can be acquired.
最後にAND,OR,NAND,NORの処理についてまとめて説明する。これらの処理は排他的論理和の処理を用いれば後は単純で、制御装置20はE(a,r)(=(A,B)),E(b,s)(=(X,Y)),(C′,D′)を入力とし(ここで(C′,D′)はabの暗号文)、それぞれ Finally, AND, OR, NAND, and NOR processing will be described together. These processes are simple after using the exclusive OR process, and the control device 20 uses E (a, r) (= (A, B)), E (b, s) (= (X, Y)). ), (C ', D') as inputs (where (C ', D') is the ab ciphertext)
以上、基本論理ゲートに対する秘密計算方法の手順について説明したが、各装置が、E(a,r),E(b,s)からa,bを求めることが困難であれば、いずれかの装置の結託が無い限りは、基本論理ゲートに対する秘密計算方法を実行した場合においてもa,bは保護できる。 The procedure of the secret calculation method for the basic logic gate has been described above. If it is difficult for each device to obtain a and b from E (a, r) and E (b, s), any device is available. As long as there is no collusion, a and b can be protected even when the secret calculation method for the basic logic gate is executed.
[第2の実施の形態]
第1の実施の形態では、暗号文変換装置または復号装置が不正な処理を行うことで容易に結果を改ざんすることができてしまう。また、制御装置と暗号文変換装置が不正結託すれば、当該装置はa,bを知り得てしまう(例えばc=a*eを知る制御装置とeを知る暗号文変換装置が結託すれば、容易にaが求まることが分かる)。第2の実施の形態は、上記の問題点を解決する方法の一例を提案するものである。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the result can be easily tampered by the ciphertext conversion device or the decryption device performing unauthorized processing. Also, if the control device and the ciphertext conversion device collide illegally, the device knows a and b (for example, if the control device that knows c = a * e and the ciphertext conversion device that knows e collide, It can be seen that a can be easily obtained). The second embodiment proposes an example of a method for solving the above problems.
第2の実施の形態におけるシステム構成は、図4に示すように、同一のネットワーク100で結ばれた、10の暗号文生成装置(1),…,(N)、制御装置20、30の暗号文変換装置(1),(2)、40の復号装置(1),(2)、および検証装置50からなる。このように、第2の実施形態では不正結託による耐性を高めるために暗号文変換装置30を複数に設定しており、更に暗号文変換装置30および復号装置40が不正処理をした場合にそれが検出できるように検証装置50を必要とする。なお、暗号文変換装置は、その数を増加すればするほど、不正結託による耐性を高めることができるが、ここでは説明の簡単化のために2とする。 As shown in FIG. 4, the system configuration in the second embodiment is composed of ten ciphertext generation apparatuses (1),..., (N) and control apparatuses 20 and 30 connected by the same network 100. It consists of sentence conversion devices (1), (2), 40 decryption devices (1), (2), and a verification device 50. As described above, in the second embodiment, a plurality of ciphertext conversion devices 30 are set in order to increase resistance to illegal collusion, and when the ciphertext conversion device 30 and the decryption device 40 perform fraudulent processing, A verification device 50 is required so that it can be detected. As the number of ciphertext conversion devices increases, the resistance to illegal collusion can be increased. However, here, it is assumed to be 2 for the sake of simplicity of explanation.
第1の実施の形態における基本論理ゲートに対する秘密計算方法では、排他的論理和を計算する処理以外、すなわちa,bの暗号文E(a,r)、E(b,s)からa*bの暗号文(C′,D′)を求める処理以外は、秘密鍵や乱数などの秘密情報を必要とせず一意に結果が求まる。言い換えれば、排他的論理和を計算する処理以外は任意の装置が同じ処理を再現することが可能であり、これにより特別な検証処理は不要となる。したがって、ここでは、第1の実施の形態で示した、排他的論理和を計算する処理における、暗号文変換装置および復号装置の処理正当性を検証することが可能な秘密計算方法を説明する。 In the secret calculation method for the basic logic gate in the first embodiment, except for the process of calculating the exclusive OR, that is, from the ciphertexts E (a, r) and E (b, s) of a and b to a * b Other than the process of obtaining the ciphertext (C ′, D ′), the result is uniquely obtained without requiring secret information such as a secret key or a random number. In other words, it is possible for any device to reproduce the same process other than the process of calculating the exclusive OR, thereby eliminating the need for a special verification process. Therefore, here, a secret calculation method capable of verifying the process validity of the ciphertext conversion apparatus and the decryption apparatus in the process of calculating the exclusive OR shown in the first embodiment will be described.
図5(A)〜(D)に第2の実施の形態における処理シーケンス図を示す。ここでも、各装置は(G,p,P,Q)を保持しているとする。また、a,b∈{0,1}の暗号文E(a,r)(=(A,B)),E(b,s)(=(X,Y))は、暗号文生成装置10(i),(j)から制御装置20へ事前に与えられているとする。 FIGS. 5A to 5D show processing sequence diagrams according to the second embodiment. Again, assume that each device holds (G, p, P, Q). Also, the ciphertext E (a, r) (= (A, B)) and E (b, s) (= (X, Y)) of a, bε {0,1} It is assumed that (i) and (j) are given in advance to the control device 20.
先ず、制御装置20は、E(a,r)(=(A,B))を暗号文変換装置30(1)へ送信する。 First, the control device 20 transmits E (a, r) (= (A, B)) to the ciphertext conversion device 30 (1).
暗号文変換装置30(1)はE(a,r)(=(A,B))を入力とし、以下の処理を行う。
1.ランダムビットe1および1以上p以下の乱数t1を生成する(S201)。
2.以下の[数13]に従って暗号文(A′,B′)を求め、当該暗号文を暗号文変換装置30(2)および検証装置50に送信する(S202)。
The ciphertext conversion apparatus 30 (1) receives E (a, r) (= (A, B)) as input and performs the following processing.
1. A random bit e 1 and a random number t 1 of 1 to p are generated (S201).
2. The ciphertext (A ′, B ′) is obtained according to the following [Equation 13], and the ciphertext is transmitted to the ciphertext conversion device 30 (2) and the verification device 50 (S202).
ゼロ知識証明は、文献「R.Cramer,I.Damgard and B.Schoenmakers,“Proofs of partialknowledge and Simplified design of withss hiding protocols,”Acvances in Cryptology−CRYPTO ′94」LNCS 839,pp.174−187,Springer−Verlag,1994.」(以下、非特許文献3と称す)および文献「D.L.Chaum and T.P.Pedersen“Wallet databases with observers,”Acvances in Cryptology−CRYPTO ’92,LNCS 740,pp.80−105,Springer−Verlag,1993」(以下、非特許文献4と称す)の方法を組み合わせて行うとする。 Zero knowledge proofs are described in the literature “R. Cramer, I. Damgard and B. Schoenmakers,“ Proofs of partial knowledge and Simplified design of withs hiding protocols, ”“ Acvances in Cryptology-CRYPTO '94 ”LNCS 839, pp. 174-187, Springer-Verlag, 1994. (Hereinafter referred to as Non-Patent Document 3) and the document “DL Chaum and TP Pedersen“ Wallet databases with observers, ”Advances in Cryptology-CRYPTO '92, LNCS 740, pp. 80-105, Springer. -Verlag, 1993 "(hereinafter referred to as non-patent document 4).
(A′,B′)が[数13]の関係を満たすことを示すためには、実際には(A′,B′)=(A+t1P,B+t1Q)または(A′,B′)=(−A+t1P,−B+(t1+1)Q)が成り立つことを示せば良い。ここではその方法、すなわち[非特許文献3]および[非特許文献4]の方法を組み合わせたゼロ知識証明について、以下で与える[プロトコル1]を用いて具体的に説明する。なお[プロトコル1]は、Pを底としたP0の離散対数とQを底としたQ0の離散対数が等しい、あるいは、Pを底としたP1の離散対数とQを底としたQ1の離散対数が等しいことを、ゼロ知識証明技術を用いて証明するプロトコルである。 In order to show that (A ′, B ′) satisfies the relationship of [Equation 13], in practice, (A ′, B ′) = (A + t 1 P, B + t 1 Q) or (A ′, B ′) ) = (− A + t 1 P, −B + (t 1 +1) Q) may be shown. Here, the method, that is, zero knowledge proof combining the methods of [Non-Patent Document 3] and [Non-Patent Document 4] will be specifically described using [Protocol 1] given below. Note Protocol 1], the discrete logarithm of Q 0 that the bottom discrete logarithm and Q of P 0 which is a base of P are equal, or to obtain a bottom discrete logarithm and Q of P 1 which is a base of P Q This is a protocol that proves that the discrete logarithm of 1 is equal using zero knowledge proof technique.
[プロトコル1]
入力:((G,p,P,Q),(P0,Q0),(P1,Q1))
証明者の秘密情報:(e,t)
1.証明者は以下に従って(z0,z1,c0,c1)を求め、それを検証者に送信する。
(a)1以上p以下の乱数r,r′,c1-eを生成する。
(b)RP,e=rP,RQ,e=rQ,RP,1-e=r′P−c1-eP1-e,RQ,1-e=r′Q−c1-eQ1-e,ce=H(RP,0‖RQ,0‖RP,1‖RQ,1)−c1-e,ze=r+cet,z1-e=r′を計算する。ここでHは汎用一方向性ハッシュ関数とし、“‖”はデータの連結を意味する。
2.検証者はc0+c1=H(z0P−c0P0‖z0Q−c0Q0‖z1P−c1P1‖z1Q−c1Q1)が成り立つかどうか検証し、成り立つときのみ当該証明事項を受理する。
[Protocol 1]
Input: ((G, p, P, Q), (P 0 , Q 0 ), (P 1 , Q 1 ))
Prover's secret information: (e, t)
1. The prover obtains (z 0 , z 1 , c 0 , c 1 ) according to the following and transmits it to the verifier.
(A) Generate random numbers r, r ′, c 1-e of 1 to p.
(B) R P, e = rP, R Q, e = rQ, R P, 1-e = r'P-c 1-e P 1-e , R Q, 1-e = r'Q-c 1 -e Q 1-e, c e = H (R P, 0 ‖R Q, 0 ‖R P, 1 ‖R Q, 1) -c 1-e, z e = r + c e t, z 1-e = Calculate r '. Here, H is a general-purpose one-way hash function, and “‖” means concatenation of data.
2. The verifier determines whether c 0 + c 1 = H (z 0 P−c 0 P 0 ‖z 0 Q−c 0 Q 0 ‖z 1 P−c 1 P 1 ‖z 1 Q−c 1 Q 1 ) Verify and accept the proof only if it is valid.
すると、暗号文変換装置30(1)は、[数13]に(A,B)を入力した結果が(A′,B′)であることを[プロトコル1]を用いて証明することができる。すなわち[プロトコル1]において、((G,p,P,Q),(P0,Q0),(P1,Q1))←((G,p,P,Q),(A′−A,B′−B),(A′+A,B′+B−Q)),(e,t)←(e1,t1)と代入すれば良い。 Then, the ciphertext conversion apparatus 30 (1) can prove by using [Protocol 1] that the result of inputting (A, B) to [Equation 13] is (A ′, B ′). . That is, in [Protocol 1], ((G, p, P, Q), (P 0 , Q 0 ), (P 1 , Q 1 )) ← ((G, p, P, Q), (A′− A, B′−B), (A ′ + A, B ′ + BQ)), (e, t) ← (e 1 , t 1 ) may be substituted.
ここでは、上記[プロトコル1]内の証明者、検証者はそれぞれ暗号文変換装置30(1)、検証装置50となる。暗号文変換装置30(1)は処理S203、S204により(z0,z1,c0,c1)を求めて、それを検証装置50に送信する。検証装置50はc0+c1=H(z0P−c0P0‖z0Q−c0Q0‖z1P−c1P1‖z1Q−c1Q1)が成り立つかどうか検証し、成り立つときのみ当該証明事項を受理する(S205)。
Here, the prover and verifier in [Protocol 1] are the ciphertext conversion device 30 (1) and the verification device 50, respectively. The ciphertext conversion device 30 (1) obtains (z 0 , z 1 , c 0 , c 1 ) by processing
ここでは、検証装置50は暗号文変換装置30(1)の当該証明事項を受理したとして話を進める。
検証装置50は暗号文変換装置30(1)の当該証明事項を受理したことを暗号文変換装置30(2)に伝える。これを受けて暗号文変換装置30(2)は(A′,B′)を入力とし、以下の処理を行う。
1.ランダムビットe2および1以上p以下の乱数t2を生成する(S206)。
2.以下の[数14]に従って暗号文(A″,B″)を求め、当該暗号文を復号装置40(1),(2)および検証装置50、さらに暗号文変換装置30(1)に送信する(S207)。
Here, the verification device 50 proceeds on the assumption that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (1) has been accepted.
The verification device 50 notifies the ciphertext conversion device 30 (2) that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (1) has been accepted. In response to this, the ciphertext conversion apparatus 30 (2) receives (A ', B') as input and performs the following processing.
1. A random bit e 2 and a random number t 2 of 1 to p are generated (S206).
2. The ciphertext (A ″, B ″) is obtained according to the following [Equation 14], and the ciphertext is transmitted to the decryption devices 40 (1), (2) and the verification device 50, and further to the ciphertext conversion device 30 (1). (S207).
ここで、当該ゼロ知識証明は、先の[プロトコル1]において、((G,p,P,Q),(P0,Q0),(P1,Q1))←((G,p,P,Q),(A″−A′,B″−B′),(A′+A″,B′+B″−Q)),(e,t)←(e2,t2)と代入すれば良い。 Here, the zero knowledge proof is obtained in (Protocol 1) by ((G, p, P, Q), (P 0 , Q 0 ), (P 1 , Q 1 )) ← ((G, p , P, Q), (A ″ −A ′, B ″ −B ′), (A ′ + A ″, B ′ + B ″ −Q)), (e, t) ← (e 2 , t 2 ) Just do it.
ここでは、検証装置50は暗号文変換装置30(2)の当該証明事項を受理したとして話を進める。 Here, the verification device 50 proceeds on the assumption that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (2) has been accepted.
検証装置50は暗号文変換装置30(2)の当該証明事項を受理したことを復号装置40(1),(2)に伝える。これを受けて、復号装置40(1)は(A″,B″)を入力とし、x1A″を計算し、それを制御装置20に送信する(S211)。同様に、復号装置40(2)は(A″,B″)を入力とし、x2A″を計算し、それを制御装置20に送信する(S212)。 The verification device 50 notifies the decryption devices 40 (1) and (2) that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (2) has been accepted. In response, the decoding device 40 (1) receives (A ″, B ″) as input, calculates x 1 A ″, and transmits it to the control device 20 (S211). Similarly, the decoding device 40 ( 2) receives (A ″, B ″) as input, calculates x 2 A ″, and transmits it to the control device 20 (S212).
その後、復号装置40(1),(2)を証明者、検証装置50を検証者として、当該送信情報x1A″,x2A″が正しい計算結果であることをゼロ知識非対話証明技術を用いて証明する(S213〜S222)。 Thereafter, zero-knowledge non-dialogue proof technique that the transmission information x 1 A ″, x 2 A ″ is a correct calculation result with the decryption devices 40 (1) and (2) as the prover and the verification device 50 as the verifier. (S213 to S222).
当該証明方法は、具体的にはPを底としたxiPの離散対数、およびA″を底としたxiA″の離散対数が等しい(すなわち、ともにxiとなる)ことを非対話で証明する方法であり、先のゼロ知識証明の基本的な技術により実現可能である。以下にプロトコル例(プトロコル2とする)を示す。 Specifically, the proof method is non-interactive that the discrete logarithm of x i P with P as the base and the discrete logarithm of x i A ″ with A ″ as the base are equal (that is, both are x i ). This method can be realized by the basic technique of the previous zero knowledge proof. An example protocol (referred to as protocol 2) is shown below.
[プロトコル2]
入力:(p,(U0,V0)=(P,xiP),(U1,V1)=(A″,xiA″))
証明者の秘密情報:xi
1.証明者は以下に従って、s,zを計算し、それを検証者に送信する。
(a)1以上B以下の乱数rを生成する。
(b)R0=rU0,R1=rU1を計算する。
(c)s=H(U0‖V0‖U1‖V1‖R0‖R1)を計算する。ここでHは汎用一方向性ハッシュ関数とし、“‖”はデータの連結を意味する。
(d)z=r−sxiを計算する。
2.検証者はR0′=zU0+sV0,R1′=zU1+sV1を計算後、s=H(U0‖V0‖U1‖V1‖R0′‖R1′)が成り立つかどうか検証し、成り立つときのみ当該証明事項を受理する。
[Protocol 2]
Input: (p, (U 0 , V 0 ) = (P, x i P), (U 1 , V 1 ) = (A ″, x i A ″))
Prover's secret information: x i
1. The prover calculates s and z according to the following and sends them to the verifier.
(A) A random number r of 1 to B is generated.
(B) Calculate R 0 = rU 0 and R 1 = rU 1 .
(C) Calculate s = H (U 0 ‖V 0 ‖U 1 ‖V 1 ‖R 0 ‖R 1 ). Here, H is a general-purpose one-way hash function, and “‖” means concatenation of data.
(D) to calculate the z = r-sx i.
2. The verifier calculates R 0 ′ = zU 0 + sV 0, R 1 ′ = zU 1 + sV 1 , and then s = H (U 0 ‖V 0 ‖U 1 ‖V 1 ‖R 0 ′ ‖R 1 ′) holds. We will verify that it is accepted and accept the proof only if it is valid.
ここでは、復号装置40(1)は処理S213〜S216により(s,z)を求め、これを検証装置50に送信し、検証装置50が検証する(S217)。同様に、復号装置40(2)は処理S218〜S221により(s,z)を求め、これを検証装置50に送信し、検証装置50が検証する(S222)。
Here, the decoding device 40 (1) obtains (s, z) by processing
検証装置50は復号装置40(1),(2)の当該証明事項を受理したとして話を進める。検証装置50は、送信情報x1A″,x2A″が正しいことを制御装置20に伝える。 The verification device 50 proceeds on the assumption that the verification items of the decryption devices 40 (1) and (2) have been received. The verification device 50 informs the control device 20 that the transmission information x 1 A ″, x 2 A ″ is correct.
制御装置20は、x1A″,x2A″が共に正しい計算結果である場合、xA″=x1A″+x2A″を計算し(S223)、xA″=B″であれば(A″,B″)の復号結果cを“0”、それ以外(xA″=B″−Q)であれば“1”とする(S224〜S226)。その後、当該復号結果c∈{0,1}について、[数15]に従って暗号文(C,D)を求め(S227)、(C,D)を暗号文変換装置30(2)と検証装置50に送信する。 When both x 1 A ″ and x 2 A ″ are correct calculation results, the control device 20 calculates xA ″ = x 1 A ″ + x 2 A ″ (S223), and if xA ″ = B ″ ( The decoding result c of A ″, B ″) is “0”, and if it is not (xA ″ = B ″ −Q), it is set to “1” (S224 to S226). Thereafter, the decoding result cε {0, 1}, ciphertext (C, D) is obtained according to [Equation 15] (S227), and (C, D) is transmitted to ciphertext conversion apparatus 30 (2) and verification apparatus 50.
ここで当該復号結果cについて、c=a*e1*e2(排他的論理和)が成り立つ。このことは第1の実施の形態から明らかであり、ここではその説明を省略する。なお、処理が冗長になるが、第1の実施の形態と同様に、1以上p以下の乱数wを生成し、 Here, c = a * e 1 * e 2 (exclusive OR) holds for the decryption result c. This is clear from the first embodiment, and the description thereof is omitted here. Although the processing becomes redundant, a random number w of 1 or more and p or less is generated as in the first embodiment,
暗号文変換装置30(2)は(C,D),(A′,B′),(A″,B″),t2,e2を入力として、先ず以下の処理を行う。
1.1以上p以下の乱数u2を生成する(S228)。
2.以下の[数17]に従って暗号文(C′,D′)を求め(S229)、当該暗号文を暗号文変換装置30(1)および検証装置50に送信する。
Ciphertext converter 30 (2) (C, D), (A ', B'), (A ", B"), as input t 2, e 2, first performs the following processing.
A random number u 2 of 1.1 or more and p or less is generated (S228).
2. The ciphertext (C ′, D ′) is obtained according to the following [Equation 17] (S229), and the ciphertext is transmitted to the ciphertext conversion device 30 (1) and the verification device 50.
ここで、上記ゼロ知識証明の具体的な方法を説明する。いま(C′,D′)が[数17]の関係を満たしていることを示すためには、(C′,D′)=(C+u2P,D+u2Q)または(C′,D′)=(−C+u2P,−D+(u2+1)Q)が成り立つことを示すだけでは不十分であり、
「(A″,B″)=(A′+t2P,B′+t2Q)かつ(C′,D′)=(C+u2P,D+u2Q)」
または
「(A″,B″)=(−A′+t2P,−B′+(t2+1)Q)かつ
(C′,D′)=(−C+u2P,−D+(u2+1)Q)」
であることを示さなければならない。これは
[証明1]
「(A″,B″)=(A′+t2P,B′+t2Q)または
(A″,B″)=(−A′+t2P,−B′+(t2+1)Q)
かつ
[証明2]
「(A″,B″)=(A′+t2P,B′+t2Q)または
(C′,D′)=(−C′+u2P,−D+(u2+1)Q)」
かつ
[証明3]
「(A″,B″)=(−A′+t2P,−B′+(t2+1)Q)または
(C′,D′)=(C+u2P,D+u2Q)」
かつ
[証明4]
「(C′,D′)=(C+u2P,D+u2Q)または
(C′,D′)=(−C′+u2P,−D′+(u2+1)Q)」
であることを示すのと等しい。
Here, a specific method of the zero knowledge proof will be described. In order to show that (C ′, D ′) satisfies the relationship of [Equation 17], (C ′, D ′) = (C + u 2 P, D + u 2 Q) or (C ′, D ′) ) = (− C + u 2 P, −D + (u 2 +1) Q) is not sufficient to show that
“(A ″, B ″) = (A ′ + t 2 P, B ′ + t 2 Q) and (C ′, D ′) = (C + u 2 P, D + u 2 Q)”
Or “(A ″, B ″) = (− A ′ + t 2 P, −B ′ + (t 2 +1) Q) and (C ′, D ′) = (− C + u 2 P, −D + (u 2 +1) ) Q) "
It must be shown that This is [Proof 1]
“(A ″, B ″) = (A ′ + t 2 P, B ′ + t 2 Q) or (A ″, B ″) = (− A ′ + t 2 P, −B ′ + (t 2 +1) Q)
And [Proof 2]
“(A ″, B ″) = (A ′ + t 2 P, B ′ + t 2 Q) or (C ′, D ′) = (− C ′ + u 2 P, −D + (u 2 +1) Q)”
And [Proof 3]
“(A ″, B ″) = (− A ′ + t 2 P, −B ′ + (t 2 +1) Q) or (C ′, D ′) = (C + u 2 P, D + u 2 Q)”
And [Proof 4]
“(C ′, D ′) = (C + u 2 P, D + u 2 Q) or (C ′, D ′) = (− C ′ + u 2 P, −D ′ + (u 2 +1) Q)”
Is equivalent to
ここで、[証明1]は既に証明済みであるため、残りの[証明2]、[証明3]、[証明4]を証明すれば良い。これは[プロトコル1]を3回実行することで実現可能であり、具体的には、[証明2]、[証明3]、[証明4]を証明するためにそれぞれ
((G,p,P,Q),(P0,Q0),(P1,Q1))←((G,p,P,Q),(A″−A′,B″−B′),(C+C′,D+D′−Q)),(e,t)←(e2,t2 or u2),
((G,p,P,Q),(P0,Q0),(P1,Q1))←((G,p,P,Q),(C′−C,D′−D),(A′+A″,B′+B″−Q)),(e,t)←(e2,t2 or u2),
((G,p,P,Q),(P0,Q0),(P1,Q1))←((G,p,P,Q),(C′−C,D′−D),(C+C′,D+D′−Q)),(e,t)←(e2,t2),
と代入すれば良い。
Here, since [Proof 1] has already been proved, the remaining [Proof 2], [Proof 3], and [Proof 4] may be proved. This can be realized by executing [Protocol 1] three times. Specifically, in order to prove [Proof 2], [Proof 3], and [Proof 4], ((G, p, P , Q), (P 0 , Q 0 ), (P 1 , Q 1 )) ← ((G, p, P, Q), (A ″ −A ′, B ″ −B ′), (C + C ′, D + D′−Q)), (e, t) ← (e 2 , t 2 or u 2 ),
((G, p, P, Q), (P 0 , Q 0 ), (P 1 , Q 1 )) ← ((G, p, P, Q), (C′-C, D′-D) , (A ′ + A ″, B ′ + B ″ −Q)), (e, t) ← (e 2 , t 2 or u 2 ),
((G, p, P, Q), (P 0 , Q 0 ), (P 1 , Q 1 )) ← ((G, p, P, Q), (C′-C, D′-D) , (C + C ′, D + D′−Q)), (e, t) ← (e 2 , t 2 ),
Should be substituted.
暗号文変換装置30(2)および検証装置50は、処理S230〜S232を3回(i=1,2,3)実行して上記[証明2]、[証明3]、[証明4]を証明する。 The ciphertext conversion device 30 (2) and the verification device 50 execute the processes S230 to S232 three times (i = 1, 2, 3) to prove [Proof 2], [Proof 3], and [Proof 4]. To do.
ここでは、検証装置50は暗号文変換装置30(2)の当該証明事項を受理したとして話を進める。すると(C′,D′)の復号結果c′について、c′=a*e1*bが成り立つ。このことは第1の実施の形態から明らかであり、ここではその説明を省略する。 Here, the verification device 50 proceeds on the assumption that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (2) has been accepted. Then, c ′ = a * e 1 * b holds for the decoding result c ′ of (C ′, D ′). This is clear from the first embodiment, and the description thereof is omitted here.
検証装置50は暗号文変換装置30(2)の当該証明事項を受理したことを暗号文変換装置30(1)に伝える。これを受けて暗号文変換装置30(1)は(C′,D′),(A′,B′),(A″,B″),t1,e1を入力とし、先ず以下の処理を行う。
1.1以上p以下の乱数u1を生成する(S233)。
2.以下の[数18]に従って暗号文(C″,D″)を求め、当該暗号文を制御装置110および検証装置50に送信する(S234)。
The verification device 50 informs the ciphertext conversion device 30 (1) that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (2) has been accepted. In response to this, the ciphertext conversion apparatus 30 (1) receives (C ′, D ′), (A ′, B ′), (A ″, B ″), t 1 , e 1 as input, and first performs the following processing. I do.
A random number u 1 of 1.1 to p is generated (S233).
2. The ciphertext (C ″, D ″) is obtained according to the following [Equation 18], and the ciphertext is transmitted to the control device 110 and the verification device 50 (S234).
ここで(C″,D″)が[数18]の関係を満たしていることを示す方法は、前述の暗号文変換装置30(2)での説明から明らかであるため省略する。 Here, the method of indicating that (C ″, D ″) satisfies the relation of [Equation 18] is omitted from the description of the ciphertext conversion apparatus 30 (2) described above.
ここでは、検証装置50は暗号文変換装置30(1)の当該証明事項を受理したとして話を進める。すると(C″,D″)の復号結果c″について、c″=a*bが成り立つ。このことは第1の実施の形態から明らかであり、ここではその説明を省略する。 Here, the verification device 50 proceeds on the assumption that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (1) has been accepted. Then, c ″ = a * b holds for the decryption result c ″ of (C ″, D ″). This is clear from the first embodiment, and the description thereof is omitted here.
検証装置50は暗号文変換装置30(1)の当該証明事項を受理したことを制御装置20に伝える。これを受けて制御装置20は、暗号文変換装置30(1)より先に受信した(C″,D″)をa*bの暗号文として認め、必要に応じて出力する(S238)。 The verification device 50 informs the control device 20 that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (1) has been accepted. In response to this, the control device 20 recognizes (C ″, D ″) received earlier than the ciphertext conversion device 30 (1) as ciphertext of a * b, and outputs it as necessary (S238).
以上より、制御装置20は、暗号文変換装置30(1),(2)、復号装置40(1),(2)、および検証装置50の協力により、aの暗号文E(a,r)およびbの暗号文E(b,s)から、a,bを知ることなくa*bの暗号文を計算することができ、更には当該暗号文を取得することができる。ここでa,bの秘匿性は、暗号文変換装置30(1),(2)の生成したランダムビットe1,e2の秘匿性に依存する。すなわち本実施の形態で示したプロトコルからe1およびe2を知ることが困難であれば、少なくとも暗号文変換装置30(1),(2)の不正結託がない限りはa,bを知ることが困難となる。 As described above, the control device 20 uses the ciphertext conversion devices 30 (1) and (2), the decryption devices 40 (1) and (2), and the verification device 50 in cooperation with the ciphertext E (a, r) of a. The ciphertext of a * b can be calculated from the ciphertext E (b, s) of b and b without knowing a and b, and further, the ciphertext can be acquired. Here, the confidentiality of a and b depends on the confidentiality of the random bits e 1 and e 2 generated by the ciphertext conversion devices 30 (1) and (2). That is, if it is difficult to know e 1 and e 2 from the protocol shown in this embodiment, a and b are known at least unless there is an illegal collusion of the ciphertext conversion devices 30 (1) and (2). It becomes difficult.
なお、図1に示した第1の実施の形態のシステム構成に検証装置50を追加すれば、本第2の実施の形態同様に、暗号文変換装置30や復号装置40(1),(2)の処理正当性を検出することが可能である。 If the verification device 50 is added to the system configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, the ciphertext conversion device 30 and the decryption devices 40 (1), (2) as in the second embodiment. ) Can be detected.
また、本実施の形態では暗号文変換装置が2台の例を挙げたが、本プロトコルでは暗号文変換装置を3台以上に拡張することも容易である(ただしその方法は明らかであるため省略する)。そして当該拡張により暗号文変換装置の結託に対する耐性が高まる。これは言い換えればa,bの秘匿性を効果的に高めることができる。 In the present embodiment, an example in which two ciphertext conversion apparatuses are used has been described. However, in this protocol, it is easy to expand the ciphertext conversion apparatus to three or more (however, the method is clear and omitted here). To do). And the tolerance with respect to the collusion of a ciphertext conversion apparatus increases by the said extension. In other words, the confidentiality of a and b can be effectively enhanced.
なお、上記説明では、暗号文変換装置30(2)が(C′,D′)を計算し、暗号文変換装置30(1)が(C″,D″)を計算するとしたが、(C′,D′)を暗号文変換装置30(1)が計算し、(C″,D″)を暗号文変換装置30(2)が計算しても結果は同等である。 In the above description, the ciphertext conversion device 30 (2) calculates (C ′, D ′) and the ciphertext conversion device 30 (1) calculates (C ″, D ″). The ciphertext conversion device 30 (1) calculates ', D') and the ciphertext conversion device 30 (2) calculates (C ″, D ″), and the results are the same.
[第3の実施の形態]
これは、第1の実施の形態における課題について、第2の実施の形態とは別の方法(プロトコル)で解決するものである。
[Third Embodiment]
This solves the problem in the first embodiment by a method (protocol) different from that in the second embodiment.
第3の実施の形態におけるシステム構成は、第2の実施の形態と同様となる。すなわち、図4に示すように同一のネットワーク100で結ばれた、暗号文生成装置10(1),…,(N)、制御装置20、暗号文変換装置30(1),(2)、復号装置40(1),(2)、および検証装置50からなる。 The system configuration in the third embodiment is the same as that in the second embodiment. That is, as shown in FIG. 4, the ciphertext generation devices 10 (1),..., (N), the control device 20, the ciphertext conversion devices 30 (1), (2), and the decryption connected by the same network 100. It consists of devices 40 (1) and (2) and a verification device 50.
ここでは第2の実施の形態同様、排他的論理和を計算する処理における、暗号文変換装置および復号装置の処理正当性を検証することが可能な方法を説明する。 Here, as in the second embodiment, a method capable of verifying the processing validity of the ciphertext conversion apparatus and the decryption apparatus in the process of calculating the exclusive OR will be described.
まず、制御装置は、E(a,r)(=(A,B))を暗号分変換装置30(1)へ送信する。暗号文変換装置30(1)は、(G,p,P,Q),E(a,r)(=(A,B))を入力とし、第2の実施の形態同様、以下の処理を行う。
1.ランダムビットe1および1以上p以下の乱数t1を生成する。
2.以下の[数19]に従って暗号文(A′,B′)を求め、当該暗号文を暗号文変換装置30(2)および検証装置50に送信する。
First, the control device transmits E (a, r) (= (A, B)) to the encryption conversion device 30 (1). The ciphertext conversion apparatus 30 (1) receives (G, p, P, Q), E (a, r) (= (A, B)) as input, and performs the following processing as in the second embodiment. Do.
1. A random bit e 1 and a random number t 1 of 1 to p are generated.
2. The ciphertext (A ′, B ′) is obtained according to the following [Equation 19], and the ciphertext is transmitted to the ciphertext conversion device 30 (2) and the verification device 50.
当該ゼロ知識証明の方法は、第2の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
Since the zero knowledge proof method is the same as that of the second embodiment, the description thereof is omitted.
検証装置50は暗号文変換装置30(1)の当該証明事項を受理したとして話を進める。
検証装置50は暗号文変換装置30(1)の当該証明事項を受理したことを暗号文変換装置30(2)に伝える。これを受けて暗号文変換装置30(2)は(A′,B′)を入力とし、第2の実施の形態同様、以下の処理を行う。
1.ランダムビットe2および1以上p以下の乱数t2を生成する。
2.以下の[数20]に従って暗号文(A″,B″)を求め、当該暗号文を復号装置40(1),(2)および検証装置50、さらに暗号文変換装置30(1)に送信する。
The verification device 50 proceeds on the assumption that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (1) has been received.
The verification device 50 notifies the ciphertext conversion device 30 (2) that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (1) has been accepted. In response to this, the ciphertext conversion apparatus 30 (2) receives (A ', B') as input, and performs the following processing as in the second embodiment.
1. A random bit e 2 and a random number t 2 of 1 to p are generated.
2. The ciphertext (A ″, B ″) is obtained according to the following [Equation 20], and the ciphertext is transmitted to the decryption devices 40 (1) and (2) and the verification device 50, and further to the ciphertext conversion device 30 (1). .
当該ゼロ知識証明の方法は、第2の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。 Since the zero knowledge proof method is the same as that of the second embodiment, the description thereof is omitted.
検証装置50は暗号文変換装置30(2)の当該証明事項を受理したとして話を進める。
検証装置50は暗号文変換装置30(2)の当該証明事項を受理したことを復号装置40(1),(2)に伝える。これを受けて復号装置40(1))は(A″,B″)を入力とし、x1A′を計算し、それを制御装置20に送信する。同様に、復号装置40(2)は(A″,B″)を入力とし、x2A″を計算し、それを制御装置20に送信する。また当該送信情報が正しい計算結果であることをゼロ知識非対話証明技術を用いて検証装置50に証明する。当該証明方法は、第2の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
The verification device 50 proceeds on the assumption that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (2) has been received.
The verification device 50 notifies the decryption devices 40 (1) and (2) that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (2) has been accepted. In response to this, the decoding device 40 (1) receives (A ″, B ″) as input, calculates x 1 A ′, and transmits it to the control device 20. Similarly, the decoding device 40 (2) receives (A ″, B ″) as input, calculates x 2 A ″, and transmits it to the control device 20. Also, it is confirmed that the transmission information is a correct calculation result. Using zero-knowledge non-dialogue proof technique, it is proved to the verification device 50. Since this proof method is the same as that of the second embodiment, description thereof is omitted.
検証装置50は復号装置40(1),(2)の当該証明事項を受理したとして話を進める。
制御装置50はxA″=x1A″+x2A″を計算し、xA″=xB″であれば(A″,B″)の復号結果cを“0”、それ以外(xA″=B″−Q)であれば“1”とする。その後、当該復号結果c∈{0,1}について、以下の[数21]に従って暗号文(C,D)を求め、(C,D)を暗号文変換装置30(2)に送信する。
The verification device 50 proceeds on the assumption that the verification items of the decryption devices 40 (1) and (2) have been received.
The controller 50 calculates xA ″ = x 1 A ″ + x 2 A ″. If xA ″ = xB ″, the decoding result c of (A ″, B ″) is “0”, otherwise (xA ″ = B If it is "-Q), it is set to 1. After that, for the decryption result cε {0,1}, the ciphertext (C, D) is obtained according to the following [Equation 21], and (C, D) is obtained. It transmits to the ciphertext conversion apparatus 30 (2).
暗号文変換装置30(2)は(C,D)(A′,B′),(A″,B″),t2,e2を入力として、先ず第2の実施の形態同様、以下の処理を行う。
1.1以上p以下の乱数u2を生成する。
2.以下の[数22]に従って暗号文(C′,D′)を求め、当該暗号文を暗号文変換装置30(1)および検証装置50に送信する。
Ciphertext converter 30 (2) (C, D) (A ' , B'), (A ", B"), as input t 2, e 2, first, of the second embodiment similar, the following Process.
A random number u 2 of 1.1 to p is generated.
2. The ciphertext (C ′, D ′) is obtained according to the following [Equation 22], and the ciphertext is transmitted to the ciphertext conversion device 30 (1) and the verification device 50.
第2の実施の形態で説明したように、いま(C′,D′)が[数22]の関係を満たしていることを示すためには、(C′,D′)=(C+u2P,D+u2Q)または(C′,D′)=(−C+u2P,−D+(u2+1)Q)が成り立つことを示すだけでは不十分であり、
「(A″,B″)=(A′+t2P,B′+t2Q)かつ
(C′,D′)=(C+u2P,D+u2Q)」
または
「(A″,B″)=(−A′+t2P,−B′+(t2+1)Q)かつ
(C′,D′)=(−C+u2P,−D+(u2+1)Q)」
であることを示さなければならない。
As described in the second embodiment, in order to show that (C ′, D ′) satisfies the relationship of [Equation 22], (C ′, D ′) = (C + u 2 P , D + u 2 Q) or (C ′, D ′) = (− C + u 2 P, −D + (u 2 +1) Q) is not sufficient,
“(A ″, B ″) = (A ′ + t 2 P, B ′ + t 2 Q) and (C ′, D ′) = (C + u 2 P, D + u 2 Q)”
Or “(A ″, B ″) = (− A ′ + t 2 P, −B ′ + (t 2 +1) Q) and (C ′, D ′) = (− C + u 2 P, −D + (u 2 +1) ) Q) "
It must be shown that
これを示すために、本実施の形態では、第2の実施の形態で示した方法とは異なる方法を用いる。これについて、以下で与える[プロトコル3]を用いて具体的に説明する。なお、[プロトコル3]は、
1.Pを底としたP0の離散対数とQを底としたQ0の離散対数が等しい、かつ、Pを底としたP1の離散対数とQを底としたQ1の離散対数が等しい、
または、
2.Pを底としたP0′の離散対数とQを底としたQ0′の離散対数が等しい、かつ、Pを底としたP1′の離散対数とQを底としたQ1′の離散対数が等しい、
ことをゼロ知識証明技術を用いて証明するプロトコルである。
In order to show this, in this embodiment, a method different from the method shown in the second embodiment is used. This will be specifically described using [Protocol 3] given below. [Protocol 3]
1. Discrete logarithm of Q 0 that the bottom discrete logarithm and Q of P 0 which is a base of P are equal, and the discrete logarithm for Q 1 in which the bottom of the discrete logarithm and Q of P 1 which is a base of P are equal,
Or
2. Discrete logarithm of P 0 which is a base of P 'the discrete logarithm and Q of Q 0 which is the bottom' are equal, and, discrete 'Q 1 that the bottom of the discrete logarithm and Q of' P 1 that the bottom of the P Logarithm is equal,
This is a protocol that proves this by using zero-knowledge proof technology.
[プロトコル3]
入力:((G,p,P,Q),(P0,Q0),(P1,Q1),(P0′,Q0′),(P1′,Q1′)
証明者の秘密情報:(e,t,t′)
1.証明者は以下に従って(z0,z1,z0′,z1′,c0,c1)を求め、それを検証者に送信する。
(a)1以上p以下の乱数r,r′,r″,r″′,c1-eを生成する。
(b)Rp,e=rP,RQ,e=rQ,Rp,1-e=r′P−c1-eP1-e,RQ,1-e=r′Q−c1-eQ1-e,R′P,e=r″P,R′Q,e=r″Q,R′P,1-e=r″′P−c1-eP1-e,R′Q,1-e=r″′Q−c1-eQ′1-e,
ce=H(RP,0‖RQ,0‖RP,1‖RQ,1‖R′P,0‖R′Q,0‖R′P,1‖R′Q,1)−c1-e,ze=r+cet,z1-e=r′,z′e=r″+cet′,z′1-e=r″′
を計算する。ここでHは汎用一方向性ハッシュ関数とし、“‖”はデータの連結を意味する。
2.検証者はc0+c1=H(z0P−c0P0‖z0Q−c0Q0‖z1P−c1P1‖z1Q−c1Q1‖z0′P−c0P0′‖z0′Q−c0Q0′‖z1′P−c1P1′‖z1′Q−c1Q′1)が成り立つかどうか検証し、成り立つときのみ当該証明事項を受理する。
[Protocol 3]
Input: ((G, p, P, Q), (P 0, Q 0 ), (P 1, Q 1 ), (P 0 ′ , Q 0 ′), (P 1 ′ , Q 1 ′))
Prover's secret information: (e, t, t ')
1. The prover obtains (z 0 , z 1 , z 0 ′, z 1 ′, c 0 , c 1 ) according to the following and sends it to the verifier.
(A) Generate random numbers r, r ′, r ″, r ″ ′, c 1-e of 1 to p.
(B) R p, e = rP, R Q, e = rQ, R p, 1-e = r'P-c 1-e P 1-e, R Q, 1-e = r'Q-c 1 -e Q1 -e , R'P , e = r "P, R'Q, e = r" Q, R'P, 1-e = r "'P-c1 -e P1 -e , R ′ Q, 1-e = r ″ ′ Qc 1-e Q ′ 1-e ,
c e = H (R P, 0 ‖R Q, 0 ‖R P, 1 ‖R Q, 1 ‖R ' P, 0 ‖R' Q, 0 ‖R ' P, 1 ‖R' Q, 1 )- c 1-e, z e = r + c e t, z 1-e = r ', z' e = r "+ c e t ', z' 1-e = r"'
Calculate Here, H is a general-purpose one-way hash function, and “‖” means concatenation of data.
2. The verifier is c 0 + c 1 = H (z 0 P−c 0 P 0 ‖z 0 Q−c 0 Q 0 ‖z 1 P−c 1 P 1 ‖z 1 Q−c 1 Q 1 ‖z 0 ′ P -c 0 P 0 '‖z 0' Q-c 0 Q 0 '‖z 1' P-c 1 P 1 '‖z 1' Q-c 1 Q '1) is whether to verify that holds, when the holds only Accept the certification matter.
すると、暗号文変換装置30(2)は、[数22]に(C,D)を入力した結果が(C′,D′)であることを[プロトコル3]を用いて証明することができる。すなわち、[プロトコル3]において、((G,p,P,Q),(P0,Q0),(P1,Q1),(P0′,Q0′),(P1′,Q1′),(e,t,t′))←((G,p,P,Q),(A″−A′,B″−B′),(A′+A″,B′+B″−Q),(C′−C,D′−D),(C+C′,D+D′−Q)),(e2,t2,u2)),(e,t)←(e2,u2)と代入すれば良い。
Then, the ciphertext conversion apparatus 30 (2) can prove by using [Protocol 3] that the result of inputting (C, D) into [Equation 22] is (C ′, D ′). . That is, in [Protocol 3], ((G, p, P, Q), (P 0 , Q 0 ), (P 1 , Q 1 ), (P 0 ′, Q 0 ′), (P 1 ′, Q 1 '), (e, t, t')) <-((G, p, P, Q), (A "-A ', B"-B'), (A '+ A ", B' + B") -Q), (C'-C, D'-D), (C + C ', D + D'-Q)), (
検証装置50(検証者)は暗号文変換装置30(2)(証明者)の当該証明事項を受理したとして話を進める。すると(C′,D′)の復号結果c′について、c′=a*e1*bが成り立つ。このことは第1の実施の形態から明らかであり、ここではその説明を省略する。 The verification device 50 (verifier) proceeds on the assumption that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (2) (provider) has been accepted. Then, c ′ = a * e 1 * b holds for the decoding result c ′ of (C ′, D ′). This is clear from the first embodiment, and the description thereof is omitted here.
検証装置50は暗号文変換装置30(2)の当該証明事項を受理したことを暗号文変換装置30(1)に伝える。これを受けて暗号文変換装置1は、暗号分変換装置30(2)より先に受信した(C′,D′)(A′,B′),(A″,B″),t1,e1を入力とし、まず第2の実施の形態同様、以下の処理を行う。
1.1以上p以下の乱数u1を生成する。
2.以下の[数23]に従って暗号文(C″,D″)を求め、当該暗号文を制御装置20および検証装置50に送信する。
The verification device 50 informs the ciphertext conversion device 30 (1) that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (2) has been accepted. In response to this, the
A random number u 1 of 1.1 to p is generated.
2. The ciphertext (C ″, D ″) is obtained according to the following [Equation 23], and the ciphertext is transmitted to the control device 20 and the verification device 50.
ここで(C″,D″)が[数23]の関係を満たしていることを示す方法は、前述の暗号文変換装置30(2)での説明から明らかであるため省略する。
Here, the method for indicating that (C ″, D ″) satisfies the relationship of [Equation 23] is omitted from the description of the ciphertext conversion apparatus 30 (2) described above.
検証装置50は暗号文変換装置30(1)の当該証明事項を受理したとして話を進める。すると(C″,D″)の復号結果c″について、c″=a*bが成り立つ。このことは第1の実施の形態から明らかであり、ここではその説明を省略する。 The verification device 50 proceeds on the assumption that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (1) has been received. Then, c ″ = a * b holds for the decryption result c ″ of (C ″, D ″). This is clear from the first embodiment, and the description thereof is omitted here.
検証装置50は暗号文変換装置30(1)の当該証明事項を受理したことを制御装置20に伝える。これを受けて制御装置20は、暗号文変換装置30(1)より先に受信した(C″,D″)をa*bの暗号文として認める。 The verification device 50 informs the control device 20 that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (1) has been accepted. In response to this, the control device 20 recognizes (C ″, D ″) received earlier than the ciphertext conversion device 30 (1) as the ciphertext of a * b.
以上より、制御装置20は、暗号文変換装置30(1),(2)、復号装置40(1),(2)、および検証装置50の協力により、aの暗号文E(a.r)およびbの暗号文E(b,s)から、a,bを知ることなくa*bの暗号文を計算することができ、更には当該暗号文を取得することができた。ここでa,bの秘匿性は、暗号文変換装置30(1),(2)の生成したランダムビットe1,e2の秘匿性に依存する。すなわち本実施の形態で示したプロトコルからe1およびe2を知ることが困難であれば、少なくとも暗号文変換装置30(1),(2)の不正結託がない限りはa,bを知ることが困難となる。また、本実施の形態では暗号文変換装置が2台の例を挙げたが、本プロトコルでは暗号文変換装置を3台以上に拡張することも容易である(ただしその方法は明らかであるため省略する)。そして当該拡張により暗号文変換装置の結託に対する耐性が高まる。これは言い換えればa,bの秘匿性を効果的に高めることができる。 As described above, the control device 20 uses the ciphertext conversion devices 30 (1), (2), the decryption devices 40 (1), (2), and the verification device 50 in cooperation with the ciphertext E (ar) of a. From the ciphertext E (b, s) of b and b, the ciphertext of a * b can be calculated without knowing a and b, and further, the ciphertext can be obtained. Here, the confidentiality of a and b depends on the confidentiality of the random bits e 1 and e 2 generated by the ciphertext conversion devices 30 (1) and (2). That is, if it is difficult to know e 1 and e 2 from the protocol shown in this embodiment, a and b are known at least unless there is an illegal collusion of the ciphertext conversion devices 30 (1) and (2). It becomes difficult. In the present embodiment, an example in which two ciphertext conversion apparatuses are used has been described. However, in this protocol, it is easy to expand the ciphertext conversion apparatus to three or more (however, the method is clear and omitted here). To do). And the tolerance with respect to the collusion of a ciphertext conversion apparatus increases by the said extension. In other words, the confidentiality of a and b can be effectively enhanced.
なお、図1に示した第1の実施の形態のシステム構成に検証装置50を追加すれば、本第3の実施の形態同様に、暗号文変換装置30や復号装置40(1),(2)の処理正当性を検出することが可能である。 If the verification device 50 is added to the system configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, the ciphertext conversion device 30 and the decryption devices 40 (1), (2) as in the third embodiment. ) Can be detected.
[第4の実施の形態]
これは、第1の実施の形態における課題について、第2の実施の形態や第3の実施の形態とは更に別の方法(プロトコル)で解決するものである。
[Fourth Embodiment]
This solves the problem in the first embodiment by a method (protocol) further different from the second embodiment and the third embodiment.
第4の実施の形態におけるシステム構成は、第2の実施の形態と同様となる。すなわち、図4に示すように同一のネットワーク100で結ばれた、暗号文生成装置10(1),…,(N)、制御装置20、暗号文変換装置30(1),(2)、復号装置40(1),(2)、および検証装置50からなる。 The system configuration in the fourth embodiment is the same as that in the second embodiment. That is, as shown in FIG. 4, the ciphertext generation devices 10 (1),..., (N), the control device 20, the ciphertext conversion devices 30 (1), (2), and the decryption connected by the same network 100. It consists of devices 40 (1) and (2) and a verification device 50.
ここでは第2の実施の形態や第3の実施の形態同様、排他的論理和を計算する処理における、暗号文変換装置および復号装置の処理正当性を検証することが可能な方法を説明する。 Here, as in the second embodiment and the third embodiment, a method capable of verifying the process validity of the ciphertext conversion apparatus and the decryption apparatus in the process of calculating the exclusive OR will be described.
まず、制御装置20は、E(a,r)1=(A,B)を暗号文変換装置30(1)へ送信する。暗号文変換装置30(1)は、E(a,r)(=(A,B))を入力とし、第2の実施の形態同様、以下の処理を行う。
1.ランダムビットe1および1以上p以下の乱数t1を生成する。
2.以下の[数24]に従って暗号文(A′,B′)を求め、当該暗号文を暗号文変換装置30(2)および検証装置50に送信する。
First, the control device 20 transmits E (a, r) 1 = (A, B) to the ciphertext conversion device 30 (1). The ciphertext conversion apparatus 30 (1) receives E (a, r) (= (A, B)) as input, and performs the following processing as in the second embodiment.
1. A random bit e 1 and a random number t 1 of 1 to p are generated.
2. The ciphertext (A ′, B ′) is obtained according to the following [Equation 24], and the ciphertext is transmitted to the ciphertext conversion device 30 (2) and the verification device 50.
当該ゼロ知識証明の方法は、第2の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
Since the zero knowledge proof method is the same as that of the second embodiment, the description thereof is omitted.
検証装置50は暗号文変換装置30(1)の当該証明事項を受理したとして話を進める。
検証装置50は暗号文変換装置30(1)の当該証明事項を受理したことを暗号文変換装置30(2)に伝える。これを受けて暗号文変換装置30(2)は(A′,B′)を入力とし、第2の実施の形態同様、以下の処理を行う。
1.ランダムビットe2および1以上p以下の乱数t2を生成する。
2.以下の[数25]に従って暗号文(A″,B″)を求め、当該暗号文を復号装置40(1),(2)および検証装置50、さらに暗号文変換装置30(1)に送信する。
The verification device 50 proceeds on the assumption that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (1) has been received.
The verification device 50 notifies the ciphertext conversion device 30 (2) that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (1) has been accepted. In response to this, the ciphertext conversion apparatus 30 (2) receives (A ', B') as input, and performs the following processing as in the second embodiment.
1. A random bit e 2 and a random number t 2 of 1 to p are generated.
2. The ciphertext (A ″, B ″) is obtained according to the following [Equation 25], and the ciphertext is transmitted to the decryption devices 40 (1), (2) and the verification device 50, and further to the ciphertext conversion device 30 (1). .
当該ゼロ知識証明の方法は、第2の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
Since the zero knowledge proof method is the same as that of the second embodiment, the description thereof is omitted.
検証装置50は暗号文変換装置30(2)の当該証明事項を受理したとして話を進める。
検証装置50は暗号文変換装置30(2)の当該証明事項を受理したことを復号装置40(1),(2)に伝える。これを受けて復号装置40(1)は(A″,B″)を入力とし、x1A′を計算し、それを制御装置20に送信する。同様に、復号装置40(2)は(A″,B″)を入力とし、x2A″を計算し、それを制御装置20に送信する。また当該送信情報が正しい計算結果であることをゼロ知識非対話証明技術を用いて検証装置50に証明する。当該証明方法は、第2の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
The verification device 50 proceeds on the assumption that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (2) has been received.
The verification device 50 notifies the decryption devices 40 (1) and (2) that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (2) has been accepted. In response to this, the decoding device 40 (1) receives (A ″, B ″) as input, calculates x 1 A ′, and transmits it to the control device 20. Similarly, the decoding device 40 (2) receives (A ″, B ″) as input, calculates x 2 A ″, and transmits it to the control device 20. Also, it is confirmed that the transmission information is a correct calculation result. Using zero-knowledge non-dialogue proof technique, it is proved to the verification device 50. Since this proof method is the same as that of the second embodiment, description thereof is omitted.
検証装置50は復号装置40(1),(2)の当該証明事項を受理したとして話を進める。
制御装置50はxA″=x1A″+x2A″を計算し、xA″=xB″であれば(A″,B″)の復号結果cを“0”、それ以外(xA″=B″−Q)であれば“1”とする。その後、当該復号結果c∈{0,1}について、以下の[数26]に従って暗号文(C,D)を求め、(C,D)を暗号文変換装置30(2)に送信する。
The verification device 50 proceeds on the assumption that the verification items of the decryption devices 40 (1) and (2) have been received.
The controller 50 calculates xA ″ = x 1 A ″ + x 2 A ″. If xA ″ = xB ″, the decoding result c of (A ″, B ″) is “0”, otherwise (xA ″ = B If “−Q), it is set to“ 1. ”Then, for the decryption result cε {0, 1}, ciphertext (C, D) is obtained according to the following [Equation 26], and (C, D) is obtained. It transmits to the ciphertext conversion apparatus 30 (2).
暗号文変換装置30(2)はE(b,s)(=(X,Y)),(C,D),(A′,B′),(A″,B″),t2,e2を入力として、まず、第2の実施の形態同様、以下の処理を行う。
1.1以上p以下の乱数u2を生成する。
2.以下の[数27]に従って暗号文(C′,D′)を求め、当該暗号文を暗号文変換装置30(1)および検証装置50に送信する。
The ciphertext conversion apparatus 30 (2) has E (b, s) (= (X, Y)), (C, D), (A ′, B ′), (A ″, B ″), t 2 , e With 2 as an input, the following processing is first performed as in the second embodiment.
A random number u 2 of 1.1 to p is generated.
2. The ciphertext (C ′, D ′) is obtained according to the following [Equation 27], and the ciphertext is transmitted to the ciphertext conversion device 30 (1) and the verification device 50.
第2の実施の形態で説明したように、いま(C′,D′)が[数27]の関係を満たしていることを示すためには、(C′,D′)=(C+u2P,D+u2Q)または(C′,D′)=(−C+u2P,−D+(u2+1)Q)が成り立つことを示すだけでは不十分であり、
「(A″,B″)=(A′+t2P,B′+t2Q)かつ
(C′,D′)=(C+u2P,D+u2Q)」
または
「(A″,B″)=(−A′+t2P,−B′+(t2+1)Q)かつ
(C′,D′)=(−C+u2P+X,−D+(u2+1)Q)」
であることを示さなければならない。
As described in the second embodiment, in order to show that (C ′, D ′) satisfies the relationship of [Equation 27], (C ′, D ′) = (C + u 2 P , D + u 2 Q) or (C ′, D ′) = (− C + u 2 P, −D + (u 2 +1) Q) is not sufficient,
“(A ″, B ″) = (A ′ + t 2 P, B ′ + t 2 Q) and (C ′, D ′) = (C + u 2 P, D + u 2 Q)”
Or “(A ″, B ″) = (− A ′ + t 2 P, −B ′ + (t 2 +1) Q) and
(C ′, D ′) = (− C + u 2 P + X, −D + (u 2 +1) Q) ”
It must be shown that
これを示すために、本実施の形態では、第2の実施の形態や第3の実施の形態で示した方法とは異なる方法を用いる。これについて、以下で与える[プロトコル4]を用いて具体的に説明する。なお、[プロトコル4]は、
1.Pを底としたP0の離散対数とQを底としたQ0の離散対数が等しい、
あるいは、
2.Pを底としたP1の離散対数とQを底としたQ1の離散対数が等しい、
ことが既にゼロ知識証明されているとき(該離散対数をsとする)、
1が真であるときに限り、Pを底としたP0′の離散対数とQを底としたQ0′の離散対数が等しい、
逆に2が真であるときに限り、Pを底としたP1′の離散対数とQを底としたQ1′の離散対数が等しい(ともに該離散対数をtとする)、
ことをゼロ知識証明技術を用いて証明可能なプロトコルである。
[プロトコル4]
入力:((G,p,P,Q),(P0,Q0),(P1,Q1),(P0′,Q0′),(P1′,Q1′))
証明者の秘密情報:(e,s,t)
1.証明者は以下に従って(z0,z1,c0,c1)を求め、それを検証者に送信する。
(a)ε=H(P0‖Q0‖P1‖Q1‖P0′‖Q0′‖P1′‖Q1′‖)を計算する。
(b)1以上p以下の乱数r,r′,c1-eを生成する。
(c)RP,e=rP,RQ,e=rQ,RP,1-e=r′P−c1-e(εP1-e+P′1-e),RQ,1-e=r′Q−c1-e(εQ1-e+Q′1-e),ce=H(RP,0‖RQ,0‖RP,1‖RQ,1)−c1-e,ze=r+ce(εs+t),z1-e=r′を計算する。ここでHは汎用一方向性ハッシュ関数とし、“‖”はデータの連結を意味する。
2.検証者はε′=H(P0‖Q0‖P1‖Q1‖P0′‖Q0′‖P1′‖Q1′)を計算し、c0+c1=H(z0P−c0(ε′P0+P0′)‖z0Q−c0(ε′Q0+Q0′)‖z1P−c1(ε′P1+P1′)‖z1Q−c1(ε′Q1+Q1′))が成り立つかどうか検証し、成り立つときのみ当該証明事項を受理する。
In order to show this, in this embodiment, a method different from the method shown in the second embodiment or the third embodiment is used. This will be specifically described using [Protocol 4] given below. Note that [Protocol 4]
Discrete logarithm of Q 0 are equal to the base-discrete logarithm and Q of P 0 which is a base of 1.P,
Or
Discrete logarithm of Q 1 is equal to that base-discrete logarithm and Q of P 1 which is a base of 2.P,
Is already proved to be zero knowledge (denoting s as the discrete logarithm)
Only when 1 is true, the discrete logarithm of P 0 ′ with P as the base is equal to the discrete logarithm of Q 0 ′ with Q as the base,
Conversely, only when 2 is true, the discrete logarithm of P 1 ′ with P as the base is equal to the discrete logarithm of Q 1 ′ with Q as the base (both the discrete logarithm is t).
It is a protocol that can prove that using zero-knowledge proof technology.
[Protocol 4]
Input: ((G, p, P, Q), (P 0 , Q 0 ), (P 1 , Q 1 ), (P 0 ′, Q 0 ′), (P 1 ′, Q 1 ′))
Prover's secret information: (e, s, t)
1. The prover obtains (z 0 , z 1 , c 0 , c 1 ) according to the following and transmits it to the verifier.
(A) ε = H (P 0 ‖Q 0 ‖P 1 ‖Q 1 ‖P 0 '‖Q 0 ′ ‖P 1 ′ ‖Q 1 ′ ‖) is calculated.
(B) Generate random numbers r, r ′, c 1-e between 1 and p.
(C) R P, e = rP, R Q, e = rQ, R P, 1-e = r′P-c 1-e (εP 1-e + P ′ 1-e ), R Q, 1- e = r′Q−c 1−e (εQ 1−e + Q ′ 1−e ), c e = H (R P, 0 ‖R Q, 0 ‖R P, 1 ‖R Q, 1 ) −c 1-e, z e = r + c e (εs + t), calculates the z 1-e = r '. Here, H is a general-purpose one-way hash function, and “‖” means concatenation of data.
2. The verifier calculates ε ′ = H (P 0 ‖Q 0 ‖P 1 ‖Q 1 ‖P 0 ′ ‖Q 0 ′ ‖P 1 ′ ‖Q 1 ′), and c 0 + c 1 = H (z 0 P -C 0 (ε'P 0 + P 0 ') ‖z 0 Q-c 0 (ε'Q 0 + Q 0 ') ‖z 1 P-c 1 (ε'P 1 + P 1 ') ‖z 1 Q-c 1 (ε′Q 1 + Q 1 ′)) is verified whether it is satisfied, and the proof matter is accepted only when it is satisfied.
すると、暗号文変換装置30(2)は、[数27]を(C,D)を入力した結果が(C′,D′)であることを[プロトコル4]を用いて証明することができる。すなわち、[プロトコル4]において、((G,p,P,Q),(P0,Q0),(P1,Q1),(P0′,Q0′),(P1′,Q1′),(e,s,t))←((G,p,P,Q),(A″−A′,B″−B′),(A′+A″,B′+B″−Q),(C′−C,D′−D),(C+C′,D+D′−Q)),(e2,t2,u2)),(e,t)←(e2,u2)と代入すれば良い。
Then, the ciphertext conversion apparatus 30 (2) can prove by using [Protocol 4] that the result of inputting (C, D) into [Equation 27] is (C ′, D ′). . That is, in [Protocol 4], ((G, p, P, Q), (P 0 , Q 0 ), (P 1 , Q 1 ), (P 0 ′, Q 0 ′), (P 1 ′, Q 1 ′), (e, s, t)) ← ((G, p, P, Q), (A ″ −A ′, B ″ −B ′), (A ′ + A ″, B ′ + B ″ −) Q), (C'-C, D'-D), (C + C ', D + D'-Q)), (
検証装置50(検証者)は暗号文変換装置30(2)(証明者)の当該証明事項を受理したとして話を進める。すると(C′,D′)の復号結果c′について、c′=a*e1*bが成り立つ。このことは第1の実施の形態から明らかであり、ここではその説明を省略する。 The verification device 50 (verifier) proceeds on the assumption that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (2) (provider) has been accepted. Then, c ′ = a * e 1 * b holds for the decoding result c ′ of (C ′, D ′). This is clear from the first embodiment, and the description thereof is omitted here.
検証装置50は暗号文変換装置30(2)の当該証明事項を受理したことを暗号文変換装置30(1)に伝える。これを受けて暗号文変換装置30(1)は、暗号文変換装置30(2)より先に受信した(C′,D′)(A′,B′)(A″,B″),t1,e1を入力とし、先ず、第2の実施の形態同様、以下の処理を行う。
1.1以上p以下の乱数u1を生成する。
2.以下の[数28]に従って暗号文(C″,D″)を求め、当該暗号文を制御装置20および検証装置50に送信する。
The verification device 50 informs the ciphertext conversion device 30 (1) that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (2) has been accepted. In response, the ciphertext conversion apparatus 30 (1) receives (C ', D') (A ', B') (A ", B"), t received earlier than the ciphertext conversion apparatus 30 (2). 1 and e 1 are input, and the following processing is first performed as in the second embodiment.
A random number u 1 of 1.1 to p is generated.
2. The ciphertext (C ″, D ″) is obtained according to the following [Equation 28], and the ciphertext is transmitted to the control device 20 and the verification device 50.
ここで(C″,D″)が[数28]の関係を満たしていることを示す方法は、前述の暗号文変換装置30(2)での説明から明らかであるため省略する。
Here, since the method for indicating that (C ″, D ″) satisfies the relationship of [Equation 28] is clear from the description of the ciphertext conversion apparatus 30 (2), it will be omitted.
検証装置50は暗号文変換装置30(1)の当該証明事項を受理したとして話を進める。すると(C″,D″)の復号結果c″について、c″=a*bが成り立つ。このことは第1の実施の形態から明らかであり、ここではその説明を省略する。 The verification device 50 proceeds on the assumption that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (1) has been received. Then, c ″ = a * b holds for the decryption result c ″ of (C ″, D ″). This is clear from the first embodiment, and the description thereof is omitted here.
検証装置50は暗号文変換装置30(1)の当該証明事項を受理したことを制御装置20に伝える。これを受けて制御装置20は、暗号文変換装置30(1)より先に受信した(C″,D″)をa*bの暗号文として認める。 The verification device 50 informs the control device 20 that the proof matter of the ciphertext conversion device 30 (1) has been accepted. In response to this, the control device 20 recognizes (C ″, D ″) received earlier than the ciphertext conversion device 30 (1) as the ciphertext of a * b.
以上より、制御装置20は、暗号文変換装置30(1),(2)、復号装置40(1),(2)、および検証装置50の協力により、aの暗号文E(a.r)およびbの暗号文E(b,s)から、a,bを知ることなくa*bの暗号文を計算することができ、更には当該暗号文を取得することができる。ここでa,bの秘匿性は、暗号文変換装置30(1),(2)の生成したランダムビットe1,e2の秘匿性に依存する。すなわち本実施の形態で示したプロトコルからe1およびe2を知ることが困難であれば、少なくとも暗号文変換装置30(1),(2)の不正結託がない限りはa,bを知ることが困難となる。また、本実施の形態では暗号文変換装置が2台の例を挙げたが、本プロトコルでは暗号文変換装置を3台以上に拡張することも容易である(ただしその方法は明らかであるため省略する)。そして当該拡張により暗号文変換装置の結託に対する耐性が高まる。これは言い換えればa,bの秘匿性を効果的に高めることができる。 As described above, the control device 20 uses the ciphertext conversion devices 30 (1), (2), the decryption devices 40 (1), (2), and the verification device 50 in cooperation with the ciphertext E (ar) of a. The ciphertext of a * b can be calculated from the ciphertext E (b, s) of b and b without knowing a and b, and further, the ciphertext can be acquired. Here, the confidentiality of a and b depends on the confidentiality of the random bits e 1 and e 2 generated by the ciphertext conversion devices 30 (1) and (2). That is, if it is difficult to know e 1 and e 2 from the protocol shown in this embodiment, a and b are known at least unless there is an illegal collusion of the ciphertext conversion devices 30 (1) and (2). It becomes difficult. In the present embodiment, an example in which two ciphertext conversion apparatuses are used has been described. However, in this protocol, it is easy to expand the ciphertext conversion apparatus to three or more (however, the method is clear and omitted here). To do). And the tolerance with respect to the collusion of a ciphertext conversion apparatus increases by the said extension. In other words, the confidentiality of a and b can be effectively enhanced.
なお、図1に示した第1の実施の形態のシステム構成に検証装置50を追加すれば、本第4の実施の形態同様に、暗号文変換装置30や復号装置40(1),(2)の処理正当性を検出することが可能である。 If the verification device 50 is added to the system configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, the ciphertext conversion device 30 and the decryption devices 40 (1), (2) are added as in the fourth embodiment. ) Can be detected.
また、第1、第2、第3あるいは第4の実施の形態において、ai,bi∈{0,1}(i=1,2,…,n)の暗号文(Ai,Bi),(Xi,Yi)を時間をずらして順次入力し、順次、各装置で所定の処理を実行することで、複数組のai*biの暗号文をパイプライン形式に計算することが可能である。 In the first, second, third, or fourth embodiment, the ciphertext (A i , B i ) of a i , b i ∈ {0, 1} (i = 1, 2,..., N) is used. ), (X i , Y i ) are sequentially input at different times, and a predetermined process is sequentially executed by each device, whereby a plurality of sets of a i * b i ciphertexts are calculated in a pipeline format. It is possible.
なお、図1、図4などで示したシステムにおける各部の一部もしくは全部の処理機能をコンピュータのプログラムで構成し、そのプログラムをコンピュータを用いて実行して本発明を実現することができること、あるいは、図2、図3、図5などで示した処理手順をコンピュータのプログラムで構成し、そのプログラムをコンピュータに実行させることができることは言うまでもない。また、コンピュータでその処理機能を実現するためのプログラム、あるいは、コンピュータにその処理手順を実行させるためのプログラムを、そのコンピュータが読み取り可能な記録媒体、例えば、FD、MO、ROM、メモリカード、CD、DVD、リムーバブルディスクなどに記録して、保存したり、提供したりすることができるとともに、インターネット等のネットワークを通してそのプログラムを配布したりすることが可能である。 The processing functions of some or all of the units in the system shown in FIGS. 1 and 4 can be configured by a computer program, and the program can be executed using the computer to realize the present invention. Needless to say, the processing procedures shown in FIG. 2, FIG. 3, FIG. 5 and the like can be configured by a computer program and the program can be executed by the computer. In addition, a computer-readable recording medium such as an FD, MO, ROM, memory card, CD, or the like is stored in the computer. In addition, the program can be recorded and stored on a DVD, a removable disk, etc., and the program can be distributed through a network such as the Internet.
10 暗号文生成装置
20 制御装置
30 暗号文変換装置
40 復号装置
50 検証装置
100 ネットワーク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ciphertext production | generation apparatus 20 Control apparatus 30 Ciphertext conversion apparatus 40 Decryption apparatus 50 Verification apparatus 100 Network
Claims (9)
平文a∈{0,1}を暗号化する暗号関数Eが
E(a,r)=(A,B)=(rp,(r+a)Q)
と定義され(rは1以上p以下の乱数)、
a,b∈{0,1}の暗号文E(a,r)(=(A,B))、E(b,s)(=(X,Y))から、a,bを知ることなく、a*b(*は排他的論理和を意味するとする。以下、同様)の暗号文を計算する秘密計算方法であって、
ネットワークで結ばれた、一つあるいは複数の暗号文生成装置、制御装置、暗号文変換装置および複数の復号装置を備え、
制御装置は、a,b∈{0,1}の暗号文E(a,r)(=(A,B))、E(b,s)(=(X,Y))を暗号文生成装置から入力して、まず、E(a,r)(=(A,B))を暗号文変換装置に送信し、
暗号文変換装置は、(G,p,P,Q),E(a,r)(=(A,B))を入力として、ランダムビットeおよび1以上p以下の乱数tを生成し、暗号文(A′,B′)を
各復号装置i(i=1,2,…)は、(A′,B′)を入力とし、xiA′(xiは乱数)を計算して、それを制御装置に送信し、
制御装置は、xA′=x1A′+x2A′+…を計算し、xA′=B′であれば(A′,B′)の復号結果cを“0”、それ以外(xA′=B′−Q)であれば“1”として、該復号結果c∈{0,1}について、暗号文(C,D)を、
暗号文変換装置は、(G,p,P,Q),(C,D)を入力として、1以上p以下の乱数uを生成し、暗号文(C′,D′)を
制御装置は、(C′,D′)をa*bの暗号文として出力することを特徴とする秘密計算方法。 Let G be a group of rational points of an elliptic curve defined on a finite field, P be an element of G, P be the order of P, and Q for the secret key x∈ {1, ..., p}. = XP, (G, p, P, Q) as public key,
The encryption function E that encrypts the plaintext aε {0,1} is E (a, r) = (A, B) = (rp, (r + a) Q)
(R is a random number between 1 and p),
Without knowing a and b from ciphertext E (a, r) (= (A, B)) and E (b, s) (= (X, Y)) of a, b∈ {0,1} , A * b (* means exclusive OR, hereinafter the same), a secret calculation method for calculating a ciphertext,
One or a plurality of ciphertext generation devices, a control device, a ciphertext conversion device, and a plurality of decryption devices connected by a network,
The control device converts the ciphertext E (a, r) (= (A, B)) and E (b, s) (= (X, Y)) with a, bε {0,1} into a ciphertext generation device. First, E (a, r) (= (A, B)) is transmitted to the ciphertext converter,
The ciphertext conversion apparatus receives (G, p, P, Q), E (a, r) (= (A, B)) as input, generates a random bit e and a random number t between 1 and p, Sentence (A ', B')
Each decryption device i (i = 1, 2,...) Receives (A ′, B ′) as input, calculates x i A ′ (x i is a random number), transmits it to the control device,
The control device calculates xA ′ = x 1 A ′ + x 2 A ′ +... If xA ′ = B ′, the decoding result c of (A ′, B ′) is “0”, otherwise (xA ′ = B′−Q), “1” is set, and the ciphertext (C, D) is obtained for the decryption result c∈ {0, 1}.
The ciphertext conversion apparatus receives (G, p, P, Q), (C, D) as input, generates a random number u between 1 and p, and generates a ciphertext (C ′, D ′).
The control device outputs (C ′, D ′) as ciphertext of a * b.
平文a∈{0,1}を暗号化する暗号関数Eが
E(a,r)=(A,B)=(rp,(r+a)Q
と定義され(rは1以上p以下の乱数)、
a,b∈{0,1}の暗号文E(a,r)(=(A,B))、E(b,s)(=(X,Y))から、a,bを知ることなく、a*bの暗号文を計算する秘密計算方法であって、
ネットワークで結ばれた、一つあるいは複数の暗号文生成装置、制御装置、複数の暗号文変換装置、複数の復号装置および検証装置を備え、
制御装置は、a,b∈{0,1}の暗号文E(a,r)(=(A,B))、E(b,s)(=(X,Y))を暗号文生成装置から入力して、まず、E(a,r)(=(A,B))を第1の暗号文変換装置に送信し、
第1の暗号文変換装置は、(G,p,P,Q),E(a,r)(=(A,B))を入力として、ランダムビットe1および1以上p以下の乱数t1を生成し、暗号文(A′,B′)を
検証装置は、第1の暗号文変換装置の処理正当性を検証して、その結果を第2の暗号文変換装置に通知し、
第2の暗号文変換装置は、検証装置から第1の暗号文変換装置の処理正当の通知を受けると、ランダムビットe2および1以上p以下の乱数t2を生成し、暗号文(A″,B″)を、
検証装置は、第2の暗号文変換装置の処理正当性を検証して、その結果を各復号装置に通知し、
各復号装置i(i=1,2,…)は、検証装置から第2の暗号文変換装置の処理正当の通知を受けると、(A″,B″)を入力とし、xiA″(xiは乱数)を計算して、それを制御装置に送信し、
検証装置は、各復号装置の処理正当性を検証して、その結果を制御装置に通知し、
制御装置は、検証装置から全ての復号装置の処理正当の通知を受けると、xA″=x1A″+x2A″+…を計算し、xA″=B″であれば(A″,B″)の復号結果cを“0”、それ以外(xA″=B″−Q)であれば“1”として、該復号結果c∈{0,1}について、暗号文(C,D)を、
第1(あるいは第2)の暗号文変換装置は、(G,p,P,Q),(C,D)を入力として、1以上p以下の乱数u2を生成し、暗号文(C′,D′)を
検証装置は、第1(あるいは第2)の暗号文変換装置の処理正当性を検証して、その結果を第2(あるいは第1)の暗号文変換装置に通知し、
第2(あるいは第1)の暗号文変換装置は、検証装置から第1(あるいは第2)の暗号文変換装置の処理正当の通知を受けると、(G,p,P,Q),(C′,D′)を入力として、1以上p以下の乱数u1を生成し、暗号文(C″,D″)を
検証装置は、第2(あるいは第1)の暗号文変換装置の処理の正当性を検証して、その結果を制御装置に通知し、
制御装置は、検証装置から第2(あるいは第1)の暗号文変換装置の処理正当の通知を受けると、(C″,D″)をa*bの暗号文として認識することを特徴とする秘密計算方法。 Let G be a group of rational points of an elliptic curve defined on a finite field, P be an element of G, P be the order of P, and Q for the secret key x∈ {1, ..., p}. = XP, (G, p, P, Q) as public key,
The encryption function E that encrypts the plaintext a∈ {0,1} is E (a, r) = (A, B) = (rp, (r + a) Q
(R is a random number between 1 and p),
Without knowing a and b from ciphertext E (a, r) (= (A, B)) and E (b, s) (= (X, Y)) of a, b∈ {0,1} , A secret calculation method for calculating the ciphertext of a * b,
Networked with one or a plurality of ciphertext generation devices, a control device, a plurality of ciphertext conversion devices, a plurality of decryption devices and a verification device,
The control device converts the ciphertext E (a, r) (= (A, B)) and E (b, s) (= (X, Y)) with a, bε {0,1} into a ciphertext generation device. First, E (a, r) (= (A, B)) is transmitted to the first ciphertext conversion apparatus,
The first ciphertext conversion apparatus receives (G, p, P, Q), E (a, r) (= (A, B)) as input, and receives a random bit e 1 and a random number t 1 of 1 to p. Generate ciphertext (A ', B')
The verification device verifies the processing validity of the first ciphertext conversion device, notifies the second ciphertext conversion device of the result,
When the second ciphertext conversion apparatus receives a notification of processing validity of the first ciphertext conversion apparatus from the verification apparatus, the second ciphertext conversion apparatus generates a random bit e 2 and a random number t 2 of 1 or more and p or less, and the ciphertext (A ″) , B ″)
The verification device verifies the processing validity of the second ciphertext conversion device, notifies the decryption device of the result,
Each decryption device i (i = 1, 2,...) Receives (A ″, B ″) as input and receives x i A ″ ( x i is a random number) and sends it to the controller,
The verification device verifies the processing validity of each decryption device, notifies the control device of the result,
When the control device receives notification of processing validity of all the decryption devices from the verification device, it calculates xA ″ = x 1 A ″ + x 2 A ″ +..., If xA ″ = B ″ (A ″, B) ”) Decryption result c is“ 0 ”, otherwise (xA ″ = B ″ −Q) is“ 1 ”, and ciphertext (C, D) is obtained for the decryption result c∈ {0, 1}. ,
The first (or second) ciphertext conversion apparatus receives (G, p, P, Q), (C, D) as input, generates a random number u 2 of 1 or more and p or less, and generates a ciphertext (C ′ , D ')
The verification device verifies the processing validity of the first (or second) ciphertext conversion device, notifies the second (or first) ciphertext conversion device of the result,
When the second (or first) ciphertext conversion apparatus receives a notification of processing validity of the first (or second) ciphertext conversion apparatus from the verification apparatus, (G, p, P, Q), (C ′, D ′) as an input, generates a random number u 1 of 1 to p and generates a ciphertext (C ″, D ″).
The verification device verifies the correctness of the processing of the second (or first) ciphertext conversion device and notifies the control device of the result,
The control device recognizes (C ″, D ″) as a ciphertext of a * b when receiving a notification of processing validity of the second (or first) ciphertext conversion device from the verification device. Secret calculation method.
検証装置は、第1あるいは第2の暗号文変換装置を証明者、当該検証装置を検証者として、下記プロトコル1を用いて、(A′,B′),(A″,B″),(C′,D′)(C″,D″)が[数4]、[数5]、[数7]、[数8]の関係を満たしていることをゼロ知識証明する、
[プロトコル1]
Pを底としたP0の離散対数とQを底としたQ0の離散対数が等しい、あるいは、Pを底としたP1の離散対数とQを底としたQ1の離散対数が等しいことを、ゼロ知識証明技術を用いて証明するプロトコル、
入力:((G,p,P,Q),(P0,Q0),(P1,Q1))
証明者の秘密情報:(e,t)
1.証明者は以下に従って(z0,z1,c0,c1)を求め、それを検証者に送信する。
(a)1以上p以下の乱数r,r′,c1-eを生成する。
(b)RP,e=rP,RQ,e=rQ,RP,1-e=r′P-c1-eP1-e,RQ,1-e=r′Q-c1-eQ1-e,ce=H(RP,0‖RQ,0‖RP,1‖RQ,1)−c1-e,ze=r+cet,z1-e=r′を計算する。ここでHは汎用一方向性ハッシュ関数とし、“‖”はデータの連結を意味する。
2.検証者はc0+c1=H(z0P−c0P0‖z0Q−c0Q0‖z1P−c1P1‖z1Q−c1Q1)が成り立つかどうか検証し、成り立つときのみ当該証明事項を受理する。
ことを特徴とする秘密計算方法。 The secret calculation method according to claim 2,
The verification apparatus uses (A ′, B ′), (A ″, B ″), (A), (B ′), (A ′, B ″), (1) using the first or second ciphertext conversion apparatus as the prover and the verification apparatus as the verifier. C ′, D ′) (C ″, D ″) proves zero knowledge that the relationship of [Equation 4], [Equation 5], [Equation 7], and [Equation 8] is satisfied.
[Protocol 1]
Discrete logarithm of Q 0 that the bottom discrete logarithm and Q of P 0 which is a base of P are equal, or that the discrete logarithm for Q 1 in which the bottom of the discrete logarithm and Q of P 1 which is a base of P is equal to , A protocol that proves using zero-knowledge proof technology,
Input: ((G, p, P, Q), (P 0 , Q 0 ), (P 1 , Q 1 ))
Prover's secret information: (e, t)
1. The prover obtains (z 0 , z 1 , c 0 , c 1 ) according to the following and transmits it to the verifier.
(A) Generate random numbers r, r ′, c 1-e of 1 to p.
(B) R P, e = rP, R Q, e = rQ, R P, 1-e = r'P-c 1-e P 1-e , R Q, 1-e = r'Q-c 1 -e Q 1-e, c e = H (R P, 0 ‖R Q, 0 ‖R P, 1 ‖R Q, 1) -c 1-e, z e = r + c e t, z 1-e = Calculate r '. Here, H is a general-purpose one-way hash function, and “‖” means concatenation of data.
2. The verifier determines whether c 0 + c 1 = H (z 0 P−c 0 P 0 ‖z 0 Q−c 0 Q 0 ‖z 1 P−c 1 P 1 ‖z 1 Q−c 1 Q 1 ) Verify and accept the proof only if it is valid.
A secret calculation method characterized by that.
検証装置は、復号装置を証明者、当該検証装置を検証者として、下記プロトコル2を用いて、xiA″が正しい計算結果であることをゼロ知識証明する、
[プロトコル2]
Pを底としたxiPの離散対数、およびA″を底としたxiA″の離散対数が等しい(すなわち、ともにxiとなる)ことを非対話で証明するプロトコル、
入力:(p,(U0,V0)=(P,xiP),(U1,V1)=(A″,xiA″))
証明者の秘密情報:xi
1.証明者は以下に従ってs,zを計算し、それを検証者に送信する。
(a)1以上p以下の乱数rを生成する。
(b)R0=rU0,R1=rU1を計算する。
(c)s=H(U0‖V0‖U1‖V1‖R0‖R1)を計算する。ここでHは汎用一方向性ハッシュ関数とし、“‖”はデータの連結を意味する。
(d)z=r+sxiを計算する。
2.検証者はR0′=zU0+sV0,R1′=zU1+sV1を計算後、s=H(U0‖V0‖U1‖V1‖R0′‖R1′)が成り立つかどうか検証し、成り立つときのみ当該証明事項を受理する。
ことを特徴とする秘密計算方法。 The secret calculation method according to claim 2,
The verification device uses the following protocol 2 with the decryption device as the prover and the verification device as the verifier, and proves zero knowledge that x i A ″ is a correct calculation result.
[Protocol 2]
A protocol that proves non-interactively that the discrete logarithm of x i P with P as the base and the discrete logarithm of x i A ″ with A ″ as the base are equal (ie, both are x i );
Input: (p, (U 0 , V 0 ) = (P, x i P), (U 1 , V 1 ) = (A ″, x i A ″))
Prover's secret information: x i
1. The prover calculates s and z according to the following and sends them to the verifier.
(A) A random number r of 1 to p is generated.
(B) Calculate R 0 = rU 0 and R 1 = rU 1 .
(C) Calculate s = H (U 0 ‖V 0 ‖U 1 ‖V 1 ‖R 0 ‖R 1 ). Here, H is a general-purpose one-way hash function, and “‖” means concatenation of data.
(D) to calculate the z = r + sx i.
2. The verifier calculates R 0 ′ = zU 0 + sV 0 , R 1 ′ = zU 1 + sV 1 , and then s = H (U 0 ‖V 0 ‖U 1 ‖V 1 ‖R 0 ′ ‖R 1 ′) holds. We will verify that it is accepted and accept the proof only if it is valid.
A secret calculation method characterized by that.
検証装置は、第1あるいは第2の暗号文変換装置を証明者、当該検証装置を検証者として、下記プロトコル1を用いて、(A,B),(A′,B′)が[数4]、[数5]の関係を満たしていることをゼロ知識証明し、
[プロトコル1]
Pを底としたP0の離散対数とQを底としたQ0の離散対数が等しい、あるいは、Pを底としたP1の離散対数とQを底としたQ1の離散対数が等しいことを、ゼロ知識証明技術を用いて証明するプロトコル、
入力:((G,p,P,Q),(P0,Q0),(P1,Q1))
証明者の秘密情報:(e,t)
1.証明者は以下に従って(z0,z1,c0,c1)を求め、それを検証者に送信する。
(a)1以上p以下の乱数r,r′,c1-eを生成する。
(b)RP,e=rP,RQ,e=rQ,RP,1-e=r′P−c1-eP1-e,RQ,1-e=r′Q−c1-eQ1-e,ce=H(RP,0‖RQ,0‖RP,1‖RQ,1)−c1-e,ze=r+cet,z1-e=r′を計算する。ここでHは汎用一方向性ハッシュ関数とし、“‖”はデータの連結を意味する。
2.検証者はc0+c1=H(z0P−c0P0‖z0Q−c0Q0‖z1P−c1P1‖z1Q−c1Q1)が成り立つかどうか検証し、成り立つときのみ当該証明事項を受理する。
さらに、検証装置は、第1あるいは第二の暗号文変換装置を証明者、当該検証装置を検証者として、下記プロトコル3を用いて、(C′,D′)(C″,D″)が[数7]、[数8]の関係を満たしていることをゼロ知識証明する、
[プロトコル3]
1.Pを底としたP0の離散対数とQを底としたQ0の離散対数が等しい、かつ、Pを底としたP1の離散対数とQを底としたQ1の離散対数が等しい、
または、
2.Pを底としたP0′の離散対数とQを底としたQ0′の離散対数が等しい、かつ、Pを底としたP1′の離散対数とQを底としたQ1′の離散対数が等しい、
ことを、ゼロ知識証明技術を用いて証明するプロトコル、
入力:((G,p,P,Q),(P0,Q0),(P1,Q1),(P0′,Q0′),(P1′,Q1′)
証明者の秘密情報:(e,t,t′)
1.証明者は以下に従って(z0,z1,z0′,z1′,c0,c1)を求め、それを検証者に送信する。
(a)1以上p以下の乱数r,r′,r″,r″′,c1-eを生成する。
(b)Rp,e=rP,RQ,e=rQ,Rp,1-e=r′P−c1-eP1-e,RQ,1-e=r′Q−c1-eQ1-e,R′P,e=r″P,R′Q,e=r″Q,R′P,1-e=r″′P−c1-eP1-e,R′Q,1-e=r″′Q−c1-eQ1-e,
ce=H(RP,0‖RQ,0‖RP,1‖RQ,1‖R′P,0‖R′Q,0‖R′P,1‖R′Q,1)−c1-e,
ze=r+cet,z1-e=r′,z′e=r″+cet′,z′1-e=r″′
を計算する。ここでHは汎用一方向性ハッシュ関数とし、“‖”はデータの連結を意味する。
2.検証者はc0+c1=H(z0P−c0P0‖z0Q−c0Q0‖z1P−c1P1‖z1Q−c1Q1‖z0′P−c0P0′‖z0′Q−c0Q0′‖z1′P−c1P1′‖z1′Q−c1Q1′)が成り立つかどうか検証し、成り立つときのみ当該証明事項を受理する。
ことを特徴とする秘密計算方法。 The secret calculation method according to claim 2,
The verification apparatus uses the following protocol 1 with the first or second ciphertext conversion apparatus as the prover and the verification apparatus as the verifier, and (A, B), (A ′, B ′) is expressed as [Equation 4]. ], Prove zero knowledge that the relationship of [Equation 5] is satisfied,
[Protocol 1]
Discrete logarithm of Q 0 that the bottom discrete logarithm and Q of P 0 which is a base of P are equal, or that the discrete logarithm for Q 1 in which the bottom of the discrete logarithm and Q of P 1 which is a base of P is equal to , A protocol that proves using zero-knowledge proof technology,
Input: ((G, p, P, Q), (P 0 , Q 0 ), (P 1 , Q 1 ))
Prover's secret information: (e, t)
1. The prover obtains (z 0 , z 1 , c 0 , c 1 ) according to the following and transmits it to the verifier.
(A) Generate random numbers r, r ′, c 1-e of 1 to p.
(B) R P, e = rP, R Q, e = rQ, R P, 1-e = r'P-c 1-e P 1-e , R Q, 1-e = r'Q-c 1 -e Q 1-e, c e = H (R P, 0 ‖R Q, 0 ‖R P, 1 ‖R Q, 1) -c 1-e, z e = r + c e t, z 1-e = Calculate r '. Here, H is a general-purpose one-way hash function, and “‖” means concatenation of data.
2. The verifier determines whether c 0 + c 1 = H (z 0 P−c 0 P 0 ‖z 0 Q−c 0 Q 0 ‖z 1 P−c 1 P 1 ‖z 1 Q−c 1 Q 1 ) Verify and accept the proof only if it is valid.
Further, the verification device uses (C ′, D ′) (C ″, D ″) by using the following protocol 3 with the first or second ciphertext conversion device as the prover and the verification device as the verifier. Zero knowledge proof that the relationship of [Equation 7] and [Equation 8] is satisfied,
[Protocol 3]
1. Discrete logarithm of Q 0 that the bottom discrete logarithm and Q of P 0 which is a base of P are equal, and the discrete logarithm for Q 1 in which the bottom of the discrete logarithm and Q of P 1 which is a base of P are equal,
Or
2. Discrete logarithm of P 0 which is a base of P 'the discrete logarithm and Q of Q 0 which is the bottom' are equal, and, discrete 'Q 1 that the bottom of the discrete logarithm and Q of' P 1 that the bottom of the P Logarithm is equal,
A protocol to prove this using zero-knowledge proof technology,
Input: ((G, p, P, Q), (P 0, Q 0 ), (P 1, Q 1 ), (P 0 ′ , Q 0 ′), (P 1 ′ , Q 1 ′))
Prover's secret information: (e, t, t ')
1. The prover obtains (z 0 , z 1 , z 0 ′, z 1 ′, c 0 , c 1 ) according to the following and sends it to the verifier.
(A) Generate random numbers r, r ′, r ″, r ″ ′, c 1-e of 1 to p.
(B) R p, e = rP, R Q, e = rQ, R p, 1-e = r'P-c 1-e P 1-e, R Q, 1-e = r'Q-c 1 -e Q1 -e , R'P , e = r "P, R'Q, e = r" Q, R'P, 1-e = r "'P-c1 -e P1 -e , R ′ Q, 1-e = r ″ ′ Qc 1-e Q 1-e ,
c e = H (R P, 0 ‖R Q, 0 ‖R P, 1 ‖R Q, 1 ‖R ' P, 0 ‖R' Q, 0 ‖R ' P, 1 ‖R' Q, 1 )- c 1-e ,
z e = r + c e t, z 1−e = r ′, z ′ e = r ″ + c e t ′, z ′ 1−e = r ″ ′
Calculate Here, H is a general-purpose one-way hash function, and “‖” means concatenation of data.
2. The verifier is c 0 + c 1 = H (z 0 P−c 0 P 0 ‖z 0 Q−c 0 Q 0 ‖z 1 P−c 1 P 1 ‖z 1 Q−c 1 Q 1 ‖z 0 ′ P −c 0 P 0 ′ ′ z 0 ′ Q−c 0 Q 0 ′ ′ z 1 ′ Pc 1 P 1 ′ ′ z 1 ′ Q−c 1 Q 1 ′) Accept the certification matter.
A secret calculation method characterized by that.
検証装置は、第1あるいは第2の暗号文変換装置を証明者、当該検証装置を検証者として、下記プロトコル1を用いて、(A,B),(A′,B′)が[数4]、[数5]満たしていることをゼロ知識証明し、
[プロトコル1]
Pを底としたP0の離散対数とQを底としたQ0の離散対数が等しい、あるいは、Pを底としたP1の離散対数とQを底としたQ1の離散対数が等しいことを、ゼロ知識証明技術を用いて証明するプロトコル、
入力:((G,p,P,Q),(P0,Q0),(P1,Q1))
証明者の秘密情報:(e,t)
1.証明者は以下に従って(z0,z1,c0,c1)を求め、それを検証者に送信する。
(a)1以上p以下の乱数r,r′,c1-eを生成する。
(b)RP,e=rP,RQ,e=rQ,RP,1-e=r′P−c1-eP1-e,RQ,1-e=r′Q−c1-eQ1-e,ce=H(RP,0‖RQ,0‖RP,1‖RQ,1)−c1-e,ze=r+cet,z1-e=r′を計算する。ここでHは汎用一方向性ハッシュ関数とし、“‖”はデータの連結を意味する。
2.検証者はc0+c1=H(z0P−c0P0‖z0Q−c0Q0‖z1P−c1P1‖z1Q−c1Q1)が成り立つかどうか検証し、成り立つときのみ当該証明事項を受理する。
さらに、検証装置は、第1あるいは第2の暗号文変換装置を証明者、当該検証装置を検証者として、下記プロトコル4を用いて、(C′,D′),(C″,D″)が[数7]、[数8]の関係をみたしていることをゼロ知識証明する。
[プロトコル4]
1.Pを底としたP0の離散対数とQを底としたQ0の離散対数が等しい、
あるいは、
2.Pを底としたP1の離散対数とQを底としたQ1の離散対数が等しい、
ことが既にゼロ知識証明されているとき(該離散対数をsとする)、
1が真であるときに限り、Pを底としたP0′の離散対数とQを底としたQ0′の離散対数が等しいことを証明し、
逆に2が真であるときに限り、Pを底としたP1′の離散対数とQを底としたQ1′の離散対数が等しい(ともに該離散対数をtとする)、ことが可能なゼロ知識証明技術を用いて証明するプロトコル、
入力:((G,p,P,Q),(P0,Q0),(P1,Q1),(P0′,Q0′),(P1′,Q1′))
証明者の秘密情報:(e,s,t)
1.証明者は以下に従って(z0,z1,c0,c1)を求め、それを検証者に送信する。
(a)ε=H(P0‖Q0‖P1‖Q1‖P0′‖Q0′‖P1′‖Q1′)を計算する。
(b)1以上p以下の乱数r,r′,c1-eを生成する。
(c)RP,e=rP,RQ,e=rQ,RP,1-e=r′P−c1-e(εP1-e+P′1-e),RQ,1-e=r′Q−c1-e(εQ1-e+Q′1-e),ce=H(RP,0‖RQ,0‖RP,1‖RQ,1)−c1-e,ze=r+ce(εs+t),z1-e=r′を計算する。ここでHは汎用一方向性ハッシュ関数とし、“‖”はデータの連結を意味する。
2.検証者はε′=H(P0‖Q0‖P1‖Q1‖P0′‖Q0′‖P1′‖Q1′)を計算し、c0+c1=H(z0P−c0(ε′P0′+P0′)‖z0Q−c0(ε′Q0′+Q0′)‖z1P−c1(ε′P1+P1′)‖z1Q−c1(ε′Q1+Q1′))が成り立つかどうか検証し、成り立つときのみ当該証明事項を受理する。
ことを特徴とする秘密計算方法。 The secret calculation method according to claim 2,
The verification apparatus uses the following protocol 1 with the first or second ciphertext conversion apparatus as the prover and the verification apparatus as the verifier, and (A, B) and (A ′, B ′) are expressed as [Equation 4]. ], [Equation 5]
[Protocol 1]
Discrete logarithm of Q 0 that the bottom discrete logarithm and Q of P 0 which is a base of P are equal, or that the discrete logarithm for Q 1 in which the bottom of the discrete logarithm and Q of P 1 which is a base of P is equal to , A protocol that proves using zero-knowledge proof technology,
Input: ((G, p, P, Q), (P 0 , Q 0 ), (P 1 , Q 1 ))
Prover's secret information: (e, t)
1. The prover obtains (z 0 , z 1 , c 0 , c 1 ) according to the following and transmits it to the verifier.
(A) Generate random numbers r, r ′, c 1-e of 1 to p.
(B) R P, e = rP, R Q, e = rQ, R P, 1-e = r'P-c 1-e P 1-e , R Q, 1-e = r'Q-c 1 -e Q 1-e, c e = H (R P, 0 ‖R Q, 0 ‖R P, 1 ‖R Q, 1) -c 1-e, z e = r + c e t, z 1-e = Calculate r '. Here, H is a general-purpose one-way hash function, and “‖” means concatenation of data.
2. The verifier determines whether c 0 + c 1 = H (z 0 P−c 0 P 0 ‖z 0 Q−c 0 Q 0 ‖z 1 P−c 1 P 1 ‖z 1 Q−c 1 Q 1 ) Verify and accept the proof only if it is valid.
Further, the verification device uses the following protocol 4 with the first or second ciphertext conversion device as the prover and the verification device as the verifier, and uses (C ′, D ′), (C ″, D ″). Proves that it satisfies the relationship of [Equation 7] and [Equation 8].
[Protocol 4]
Discrete logarithm of Q 0 are equal to the base-discrete logarithm and Q of P 0 which is a base of 1.P,
Or
Discrete logarithm of Q 1 is equal to that base-discrete logarithm and Q of P 1 which is a base of 2.P,
Is already proved to be zero knowledge (denoting s as the discrete logarithm)
Prove that the discrete logarithm of P 0 ′ with base P is equal to the discrete logarithm of Q 0 ′ with Q base only if 1 is true,
Only when 2 is true conversely, (and together the discrete logarithm t) discrete logarithm are equal 'Q 1 that the bottom of the discrete logarithm and Q of' P 1 that a bottom of the P, can Proof using a zero-knowledge proof technique,
Input: ((G, p, P, Q), (P 0 , Q 0 ), (P 1 , Q 1 ), (P 0 ′, Q 0 ′), (P 1 ′, Q 1 ′))
Prover's secret information: (e, s, t)
1. The prover obtains (z 0 , z 1 , c 0 , c 1 ) according to the following and transmits it to the verifier.
(A) ε = H (P 0 ‖Q 0 ‖P 1 ‖Q 1 ‖P 0 ′ Q 0 ′ ‖P 1 ′ ‖Q 1 ′) is calculated.
(B) Generate random numbers r, r ′, c 1-e between 1 and p.
(C) R P, e = rP, R Q, e = rQ, R P, 1-e = r′P-c 1-e (εP 1-e + P ′ 1-e ), R Q, 1- e = r′Q−c 1−e (εQ 1−e + Q ′ 1−e ), c e = H (R P, 0 ‖R Q, 0 ‖R P, 1 ‖R Q, 1 ) −c 1-e, z e = r + c e (εs + t), calculates the z 1-e = r '. Here, H is a general-purpose one-way hash function, and “‖” means concatenation of data.
2. The verifier calculates ε ′ = H (P 0 ‖Q 0 ‖P 1 ‖Q 1 ‖P 0 ′ ‖Q 0 ′ ‖P 1 ′ ‖Q 1 ′), and c 0 + c 1 = H (z 0 P -C 0 (ε'P 0 '+ P 0 ') ‖z 0 Q-c 0 (ε'Q 0 '+ Q 0 ') ‖z 1 P-c 1 (ε'P 1 + P 1 ') ‖ It is verified whether or not z 1 Q−c 1 (ε′Q 1 + Q 1 ′) is satisfied, and the proof matter is accepted only when it is satisfied.
A secret calculation method characterized by that.
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