JP2010166228A - 分散型秘匿化データ統合装置、分散型秘匿化データ統合方法および分散型秘匿化データ統合用プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】 従来の分散型秘匿化データ統合装置では、第3者による中央集権的な集計サーバを必要としていた。また、第3者による中央集権的な集計サーバを置かない場合、データを秘匿化していても集合演算を行うと他ノードからデータの内容を推測される危険性があった。
【解決手段】 各ノードが保持している要素集合にダミー文字列を加えることにより文字列撹乱、要素数撹乱を行った上で暗号化を行い、他のノードにデータ送信する。集計ノードは、暗号化された要素集合を復号化し、文字列撹乱、要素数撹乱で加えられたダミー文字列を正確に除去した上で集合演算を行う。このような構成を採用することによって、中央集権的な集計サーバを置かなくても、要素集合を他のノードから推測できない状態にしながら、分散ノード間で連携してデータ統合を行うことができる。
【選択図】図1
Description
(A)ハッシュ関数を使った匿名IDの利用
(B)乱数によるノイズを用いたデータ撹乱
(C)準同型暗号による電子投票プロトコル
e(x1) * e(x2) = e(x1 + x2)
第1のノードは、文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化された秘匿化データを他ノードに又は他のノードから送受信する通信手段と、自らが格納する要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化し、秘匿化データを出力する要素集合秘匿化手段と、他のノードから送信されてきた秘匿化データを復号化する復号化手段と、復号化によって得られた要素集合から文字列撹乱または要素数撹乱の影響を取り除くダミー文字列除去手段と、を備えている分散型データ統合システムがえられる。
を備えているノードが得られる。
復号化によって得られた数値から数値撹乱の影響を取り除く数値ノイズ除去手段と、を備えているノードが得られる。
各ノードが格納するテーブルのセルの要素集合について、秘匿化した状態で和集合を求める秘匿化データ和集合演算処理と、各ノードが格納するテーブルのセルの数値について、秘匿化した状態で合計を求める秘匿化数値合計計算処理と、を含むことを特徴とする分散型データ統合方法が得られる。
ノードが集計ノードの場合には、集計ノードにおいて自ノードに格納された要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化する要素集合秘匿化処理と、
集計ノードから一つの参加ノードに秘匿化データを送信する通信処理と、参加ノードから送信される秘匿化データの和集合を受信する処理と、集計ノードにおいて、秘匿化データの和集合を復号化する処理と、集計ノードにおいて、復号化されたデータから文字列撹乱または要素数撹乱の影響を除去する処理と、集計ノードにおいて、文字列撹乱または要素数撹乱の影響を除去したデータの集合演算を行う処理と、集計ノードから他の参加ノードに、集合演算の結果を一斉送信する処理と、を実行させ、ノードが参加ノードの場合には、秘匿化データを受信した参加ノードにおいて、自ノードに格納された要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化し、受信した秘匿化データとの和集合を生成し、未受信の他の参加ノードが存在する場合には、その未受信の参加ノードにその和集合を送信し、未受信の他の参加ノードが存在しない場合には、集計ノードにその和集合を送信する処理とを実行させることを特徴とする分散型データ統合プログラムを提供する。
(2)ブロードキャストされた数値の最大値にノード数をかけて1を足す
これにより、データ統合に参加する分散ノードは自分の数値データを公開することなく、モジュラー数Xを決定することができる。
E(x1)*E(x2) = E(x1 + x2)
に該当する計算を行う。
2 記憶装置
3 ネットワーク
11 通信手段
12 要素集合秘匿化手段
13 復号化手段
14 ダミー文字列除去手段
15 数値秘匿化手段
16 数値ノイズ除去手段
21 要素集合記憶部
22 テーブル記憶部
Claims (28)
- 少なくとも1台の第1のノードと少なくとも1台の第2のノードを備え、各ノードに格納される要素集合の集合演算を行う分散型データ統合システムであって、
第2のノードは、少なくとも、
文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化された秘匿化データを他ノードに又は他のノードから送受信する通信手段と、自らが格納する要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化し、秘匿化データを出力する要素集合秘匿化手段とを備え、
第1のノードは、
文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化された秘匿化データを他ノードに又は他のノードから送受信する通信手段と、自らが格納する要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化し、秘匿化データを出力する要素集合秘匿化手段と、他のノードから送信されてきた秘匿化データを復号化する復号化手段と、復号化によって得られた要素集合から文字列撹乱または要素数撹乱の影響を取り除くダミー文字列除去手段と、
を備えていることを特徴とする分散型データ統合システム。 - 前記第2のノードは、何れも、さらに、他のノードから送信されてきた秘匿化データを複合化する復号化手段と、復号化によって得られた要素集合から文字列撹乱または要素数撹乱の影響を取り除くダミー文字列除去手段とを備え第1のノードとして機能することを特徴とする請求項1記載の分散型データ統合システム。
- 複数の第1のノードで異なる要素集合の秘匿化データの集合演算が並列に行われることを特徴とする請求項1又は2に記載の分散型データ統合システム。
- 少なくとも1台の第1のノードと少なくとも1台の第2のノードを備え、各ノードに格納される要素集合の集合演算を行う分散型データ統合システムにおけるノードであって、
文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化された秘匿化データを他ノードに又は他のノードから送受信する通信手段と、自らが格納する要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化し、秘匿化データを出力する要素集合秘匿化手段と、他のノードから送信されてきた秘匿化データを復号化する復号化手段と、復号化によって得られた要素集合から文字列撹乱または要素数撹乱の影響を取り除くダミー文字列除去手段と、
を備えていることを特徴とするノード。 - 少なくとも1台の第1のノードと少なくとも1台の第2のノードを備え、各ノードに格納される要素集合の集合演算を行う分散型データ統合システムにおけるノードであって、
文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化された秘匿化データを他ノードに又は他のノードから送受信する通信手段と、
自らが格納する要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化し、秘匿化データを出力する要素集合秘匿化手段と、
を備えていることを特徴とするノード。 - 少なくとも1台の第1のノードと少なくとも1台の第2のノードを備え、各ノードに格納されている異なるキーと属性を有するテーブルの各セルの数値の合計と集合要素の集合演算を行う分散型データ統合システムであって、
第2のノードは、少なくとも、
文字列撹乱、要素数撹乱または数値撹乱によって秘匿化された秘匿化データを他ノードに又は他ノードから送受信する通信手段と、テーブルのキーまたは属性および各セルに格納された要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化し、秘匿化データを出力する要素集合秘匿化手段と、テーブルの各セルに格納された数値を数値撹乱によって秘匿化し、秘匿化データを出力する数値秘匿化手段とを備え、
第1のノードは、
文字列撹乱、要素数撹乱または数値撹乱によって秘匿化された秘匿化データを他ノードに又は他のノードから送受信する通信手段と、テーブルのキーまたは属性および各セルに格納された要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化し、秘匿化データを出力する要素集合秘匿化手段と、テーブルの各セルに格納された数値を数値撹乱によって秘匿化し、秘匿化データを出力する数値秘匿化手段と、他のノードから送信されてきた秘匿化データを復号化する復号化手段と、復号化によって得られた要素集合から文字列撹乱または要素数撹乱の影響を取り除くダミー文字列除去手段と、復号化によって得られた数値から数値撹乱の影響を取り除く数値ノイズ除去手段とを備えている、
ことを特徴とする分散型データ統合システム。 - 前記第2のノードは、何れも、さらに、他のノードから送信されてきた秘匿化データを復号化する復号化手段と、復号化によって得られた要素集合から文字列撹乱または要素数撹乱の影響を取り除くダミー文字列除去手段と、復号化によって得られた数値から数値撹乱の影響を取り除く数値ノイズ除去手段とを備え、第1のノードとして機能することを特徴とする請求項6記載の分散型データ統合システム。
- 請求項7に記載の分散型データ統合システムであって、
複数の第1のノードで異なるセルの数値の秘匿化データの合計計算または要素集合の秘匿化データの集合演算が並列に行われることを特徴とする分散型データ統合システム。 - 少なくとも1台の第1のノードと少なくとも1台の第2のノードを備え、各ノードに格納されている異なるキーと属性を有するテーブルの各セルの数値の合計と集合要素の集合演算を行う分散型データ統合システムにおけるノードであって、
文字列撹乱、要素数撹乱または数値撹乱によって秘匿化された秘匿化データを他ノードに又は他ノードから送受信する通信手段と、
テーブルのキーまたは属性および各セルに格納された要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化し、秘匿化データを出力する要素集合秘匿化手段と、
テーブルの各セルに格納された数値を数値撹乱によって秘匿化し、秘匿化データを出力する数値秘匿化手段と、
他のノードから送信されてきた秘匿化データを復号化する復号化手段と、
復号化によって得られた要素集合から文字列撹乱または要素数撹乱の影響を取り除くダミー文字列除去手段と、
復号化によって得られた数値から数値撹乱の影響を取り除く数値ノイズ除去手段と、
を備えていることを特徴とするノード。 - 少なくとも1台の第1のノードと少なくとも1台の第2のノードを備え、各ノードに格納されている異なるキーと属性を有するテーブルの各セルの数値の合計と集合要素の集合演算を行う分散型データ統合システムにおけるノードであって、
文字列撹乱、要素数撹乱または数値撹乱によって秘匿化された秘匿化データを他ノードに又は他ノードから送受信する通信手段と、
テーブルのキーまたは属性および各セルに格納された要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化し、秘匿化データを出力する要素集合秘匿化手段と、
テーブルの各セルに格納された数値を数値撹乱によって秘匿化し、秘匿化データを出力する数値秘匿化手段と、
を備えていることを特徴とするノード。 - 請求項1、2、6、又は7記載の分散型データ統合システムであって、
前記第1のノードから送信される前記秘匿化データは、前記第2のノード間で重複しない順番で順次送信され、前記第2のノードのそれぞれにおける秘匿化データが順次合わされた後、前記第1のノードにおいて受信されることを特徴とする分散型データ統合システム。 - 請求項1,2,6、又は7に記載の分散型データ統合システムであって、
前記要素集合秘匿化手段は、
要素集合の要素を表す文字列にあらかじめ決められたルールによってダミー文字列を付与することによって元の文字列を推測不可能にする文字列撹乱と、
ダミー文字列のみを暗号化したダミー要素を生成することによって要素数を推測不可能にする要素数撹乱と、のいずれか1つ、もしくは両方を行うことを特徴とする分散型データ統合システム。 - 請求項6又は7記載の分散型データ統合システムであって、
前記数値秘匿化手段は、
前記セルに格納された数値に、乱数とモジュラーの積を加算することによって元の数値を推測不可能にする数値撹乱を行うことを特徴とする分散型データ統合システム。 - 請求項6又は7記載の分散型データ統合システムであって、
各ノードが格納するテーブルのキーまたは属性の和集合を秘匿化した状態で求めた後、それぞれのノードが格納するテーブルに不足しているキーと属性を追加し、テーブルの初期値を設定することを特徴とする分散型データ統合システム。 - 少なくとも1台の集計ノードと少なくとも1台の参加ノードを備え、
各ノードが格納する要素集合の集合演算を行う分散型データ統合方法であって、
集計ノードにおいて自ノードに格納された要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化する要素集合秘匿化処理と、
集計ノードから一つの参加ノードに秘匿化データを送信する通信処理と、
秘匿化データを受信した参加ノードにおいて、自ノードに格納された要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化し、受信した秘匿化データとの和集合を生成し、未受信の参加ノードに秘匿化データを送信する処理と、
未受信の別の参加ノードがなくなった場合は、集計ノードに秘匿化データの和集合を送信する処理と、
集計ノードにおいて、秘匿化データの和集合を復号化する処理と、
集計ノードにおいて、復号化されたデータから文字列撹乱または要素数撹乱の影響を除去する処理と、
集計ノードにおいて、文字列撹乱または要素数撹乱の影響を除去したデータの集合演算を行う処理と、
集計ノードから他の参加ノードに、集合演算の結果を一斉送信する処理と、
を含むことを特徴とする分散型データ統合方法。 - 少なくとも1台の集計ノードと少なくとも1台の参加ノードを備え、各ノードに格納されている異なるキーと属性を有するテーブルの各セルの数値の合計と集合要素の集合演算を行う分散型データ統合方法であって、
各ノードが格納するテーブルのキーについて、秘匿化した状態で和集合を求める秘匿化キー和集合演算処理と、
各ノードが格納するテーブルの属性について、秘匿化した状態で和集合を求める秘匿化属性和集合演算処理と、
各ノードが格納するテーブルのセルの要素集合について、秘匿化した状態で和集合を求める秘匿化データ和集合演算処理と、
各ノードが格納するテーブルのセルの数値について、秘匿化した状態で合計を求める秘匿化数値合計計算処理と、
を含むことを特徴とする分散型データ統合方法。 - 請求項16に記載の分散型データ統合方法であって、
前記秘匿化キー和集合演算処理、前記秘匿化属性和集合演算処理、および、前記秘匿化データ和集合演算処理は、
集計ノードが自ノードに格納された要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化する要素集合秘匿化処理と、
集計ノードから一つの参加ノードに秘匿化データを送信する通信処理と、
秘匿化データを受信した参加ノードは、自ノードに格納された要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化し、受信した秘匿化データとの和集合を生成し、未受信の参加ノードに秘匿化データを送信する処理と、
未受信の別の参加ノードがなくなった場合は、集計ノードに秘匿化データの和集合を送信する処理と、
集計ノードにおいて、秘匿化データの和集合を復号化する処理と、
集計ノードにおいて、復号化されたデータから文字列撹乱または要素数撹乱の影響を除去する処理と、
集計ノードにおいて、文字列撹乱または要素数撹乱の影響を除去したデータの集合演算を行う処理と、
集計ノードから他の参加ノードに、集合演算の結果を一斉送信する処理と、
を含むことを特徴とする分散型データ統合方法。 - 請求項15又は17に記載の分散型データ統合方法であって、
前記要素集合秘匿化処理は、
要素集合の要素を表す文字列にあらかじめ決められたルールによってダミー文字列を付与することによって元の文字列を推測不可能にする文字列撹乱処理と、
ダミー文字列のみを暗号化したダミー要素を生成することによって要素数を推測不可能にする要素数撹乱処理とのいずれか1つ、もしくは両方を行うことを特徴とする分散型データ統合方法。 - 請求項16に記載の分散型データ統合方法であって、
前記秘匿化数値合計計算処理は、
集計ノードが自ノードのテーブルのセルに格納された数値を数値撹乱によって秘匿化する数値秘匿化処理と、
集計ノードから一つの参加ノードに秘匿化データを送信する通信処理と、
秘匿化データを受信した参加ノードは、自ノードのテーブルのセルに格納された数値を数値撹乱によって秘匿化し、受信した秘匿化データとの積を計算し、未受信の参加ノードに秘匿化データを送信する処理と、
未受信の別の参加ノードがなくなった場合は、集計ノードに秘匿化データの積を送信する処理と、
集計ノードにおいて、秘匿化データの積を復号化する処理と、
集計ノードにおいて、復号化されたデータから数値撹乱の影響を除去する処理と、
集計ノードから他の参加ノードに、数値撹乱の影響を除去した結果を一斉送信する処理と、を含むことを特徴とする分散型データ統合方法。 - 請求項19に記載の分散型データ統合方法であって、
前記数値秘匿化処理は、前記セルに格納された数値に、乱数とモジュラーの積を加算することによって元の数値を推測不可能にする数値撹乱処理を行うことを特徴とする分散型データ統合方法。 - 少なくとも1台の集計ノードと少なくとも1台の参加ノードを備え、各ノードが格納する要素集合の集合演算を行う分散型データ統合システムにおけるノードに実行させるプログラムであって、
集計ノードにおいて自ノードに格納された要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化する要素集合秘匿化処理と、
集計ノードから一つの参加ノードに秘匿化データを送信する通信処理と、
参加ノードから秘匿化データの和集合を受信する処理と、
集計ノードにおいて、秘匿化データの和集合を復号化する処理と、
集計ノードにおいて、復号化されたデータから文字列撹乱または要素数撹乱の影響を除去する処理と、
集計ノードにおいて、文字列撹乱または要素数撹乱の影響を除去したデータの集合演算を行う処理と、
集計ノードから他の参加ノードに、集合演算の結果を一斉送信する処理とを実行させることを特徴とするプログラム。 - 少なくとも1台の集計ノードと少なくとも1台の参加ノードを備え、各ノードが格納する要素集合の集合演算を行う分散型データ統合システムのおけるノードに実行させるプログラムであって、
文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化された秘匿化データを他ノードから受信する通信処理と、
自ノードに格納された要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化し、受信した秘匿化データとの和集合を生成し、その和集合を、未受信の他のノードが存在する場合には、秘匿化データをそのノードに送信し、未受信の他のノードが存在しない場合には、集計ノードに送信する処理を実行させることを特徴とするプログラム。 - 少なくとも1台の集計ノードと少なくとも1台の参加ノードを備え、各ノードが格納する要素集合の集合演算を行う分散型データ統合システムのおけるノードに実行させる分散型データ統合プログラムであって、
ノードが集計ノードの場合には、
集計ノードにおいて自ノードに格納された要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化する要素集合秘匿化処理と、
集計ノードから一つの参加ノードに秘匿化データを送信する通信処理と、
参加ノードから送信される秘匿化データの和集合を受信する処理と、
集計ノードにおいて、秘匿化データの和集合を復号化する処理と、
集計ノードにおいて、復号化されたデータから文字列撹乱または要素数撹乱の影響を除去する処理と、
集計ノードにおいて、文字列撹乱または要素数撹乱の影響を除去したデータの集合演算を行う処理と、
集計ノードから他の参加ノードに、集合演算の結果を一斉送信する処理と、
を実行させ、
ノードが参加ノードの場合には、
秘匿化データを受信した参加ノードにおいて、自ノードに格納された要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化し、受信した秘匿化データとの和集合を生成し、未受信の他の参加ノードが存在する場合には、その未受信の参加ノードにその和集合を送信し、未受信の他の参加ノードが存在しない場合には、集計ノードにその和集合を送信する処理と、を実行させることを特徴とする分散型データ統合プログラム。 - 少なくとも1台の集計ノードと少なくとも1台の参加ノードを備え、各ノードに格納されている異なるキーと属性を有するテーブルの各セルの数値の合計と集合要素の集合演算を行う分散型データ統合システムにおいてノードに実行させる分散型統合プログラムであって、
各ノードが格納するテーブルのキーについて、秘匿化した状態で和集合を求める秘匿化キー和集合演算処理と、
各ノードが格納するテーブルの属性について、秘匿化した状態で和集合を求める秘匿化属性和集合演算処理と、
各ノードが格納するテーブルのセルの要素集合について、秘匿化した状態で和集合を求める秘匿化データ和集合演算処理と、
各ノードが格納するテーブルのセルの数値について、秘匿化した状態で合計を求める秘匿化数値合計計算処理と、
を実行させることを特徴とする分散型データ統合プログラム。 - 請求項24に記載の分散型データ統合プログラムであって、
前記秘匿化キー和集合演算処理、前記秘匿化属性和集合演算処理、および、前記秘匿化データ和集合演算処理は、
ノードが集計ノードの場合には、
集計ノードにおいて自ノードに格納された要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化する要素集合秘匿化処理と、
集計ノードから一つの参加ノードに秘匿化データを送信する通信処理と、
参加ノードから秘匿化データの和集合を受信する処理と、
集計ノードにおいて、秘匿化データの和集合を復号化する処理と、
集計ノードにおいて、復号化されたデータから文字列撹乱または要素数撹乱の影響を除去する処理と、
集計ノードにおいて、文字列撹乱または要素数撹乱の影響を除去したデータの集合演算を行う処理と、
集計ノードから他の参加ノードに、集合演算の結果を一斉送信する処理と、を実行させ、
ノードが参加ノードの場合には、
秘匿化データを受信した参加ノードにおいて、自ノードに格納された要素集合を文字列撹乱または要素数撹乱によって秘匿化し、受信した秘匿化データとの和集合を生成し、未受信の参加ノードが存在する場合には、その未受信の参加ノードにその和集合を送信し、未受信の参加ノードが存在しない場合には、集計ノードにその和集合を送信する処理と、を実行させる分散型データ統合プログラム。 - 請求項24に記載の分散型データ統合プログラムであって、
前記秘匿化数値合計計算処理は、
ノードが集計ノードの場合には、
集計ノードにおいて、自ノードのテーブルのセルに格納された数値を数値撹乱によって秘匿化する数値秘匿化処理と、
集計ノードから一つの参加ノードに秘匿化データを送信する通信処理と、
参加ノードから秘匿化データの積を受信する処理と、
集計ノードにおいて、秘匿化データの積を復号化する処理と、
集計ノードにおいて、復号化されたデータから数値撹乱の影響を除去する処理と、
集計ノードから他の参加ノードに、数値撹乱の影響を除去した結果を一斉送信する処理と、を実行させ、
ノードが参加ノードの場合には、
秘匿化データを受信した参加ノードにおいて、自ノードのテーブルのセルに格納された数値を数値撹乱によって秘匿化し、受信した秘匿化データとの積を計算し、未受信の参加ノードが存在する場合には、未受信の参加ノードに秘匿化データを送信し、未受信の別の参加ノードが存在しない場合には、集計ノードに秘匿化データの積を送信する処理と、
を実行させることを特徴とする分散型データ統合プログラム。 - 請求項23又は25に記載の分散型データ統合プログラムであって、
前記要素集合秘匿化処理は、
要素集合の要素を表す文字列にあらかじめ決められたルールによってダミー文字列を付与することによって元の文字列を推測不可能にする文字列撹乱処理と、
ダミー文字列のみを暗号化したダミー要素を生成することによって要素数を推測不可能にする要素数撹乱処理と、
のいずれか1つ、もしくは両方を含むことを特徴とする分散型データ統合プログラム。 - 請求項26に記載の分散型データ統合プログラムであって、
前記数値秘匿化処理は、
前記セルに格納された数値に、乱数とモジュラーの積を加算することによって元の数値を推測不可能にする数値撹乱処理を含むことを特徴とする分散型データ統合プログラム。
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