JP5530025B2 - データ分割装置およびデータ分割プログラム - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施の形態であるデータ分割装置の構成例について概要を示した図である。データ分割装置100は、例えば、ユーザが利用するPCや携帯端末などの情報処理端末、もしくはこれら複数の情報処理端末が接続されるファイルサーバ等、ユーザにより秘密分散の対象の秘密データ400が作成され、もしくはこれを保持する一般的なコンピュータ機器からなる。
図2は、データ分割装置100の分割処理部110における、秘密データ400から秘密分散により分割データ410を生成する分割処理の流れの例について概要を示したフローチャートである。なお、本実施の形態では、上述したように、(3,2,4)ランプ型閾値秘密分散により秘密分散処理を行うものとする。また、図3は、秘密データ400から(3,2,4)ランプ型閾値秘密分散により4個の分割データ410を生成する処理の例について概要を示した図である。
a2=r2+s3+s4 …式2
a3=r3+s5+s6 …式3
b1=r1+s3+s5 …式4
b2=r2+s1+s3+s5+s6 …式5
b3=r3+s2+s4+s6 …式6
c1=r1+s3+s4+s6 …式7
c2=r2+s2+s3+s4+s5 …式8
c3=r3+s1+s3+s3+s5+s6 …式9
d1=r1+s1+s2+s3+s5 …式10
d2=r2+s1+s4+s5+s6 …式11
d3=r3+s2+s4+s5 …式12
なお、上記各式における演算子の“+”はXORを意味する。また、実際の計算の際には、後述するように、上記各式において各分割中間式112と一致するXOR演算の部分に、ステップS04で予め計算しておいた各分割中間式112の値を代入することで、全体でのXOR演算の数を低減させる。
図4は、秘密部分データ402(s1〜s6)と乱数部分データ403(r1〜r3)から分割部分データ412(a1〜a3、b1〜b3、c1〜c3、d1〜d3)を算出する際の例について概要を示した図である。図4の上段の図は、図3に示した分割行列111の内容を模式的に表として示しており、表の行・列は、図3に示した分割行列111の行・列に対応している。各行で、“1”が立っている列に対応する要素(例えば、1行目の場合はr1、s1、およびs2)についてXOR演算する(例えば、1行目の場合はr1+s1+s2)ことで、各行に対応する分割部分データ412(例えば、1行目の場合はa1)を得ることができることを示している。すなわち、図4に示す分割行列111の表の各行は、それぞれ上記の式1〜式12に示したXOR演算の内容を示している。
t2=s1+s2 …式14
t3=s3+s5 …式15
t4=s5+s6 …式16
t5=r3+s2+s4 …式17
t6=t2+t3 …式18
t7=r2+s1+t4 …式19
また、上記のt1〜t7の分割中間式112を用いることにより、上記の式1〜式12がそれぞれ以下の式により簡略化されることを表している。
a2=r2+t1 …式2’
a3=r3+t4 …式3’
b1=r1+t3 …式4’
b2=s3+t7 …式5’
b3=s6+t5 …式6’
c1=r1+s6+t1 …式7’
c2=r2+s2+s5+t1 …式8’
c3=r3+s6+t6 …式9’
d1=r1+t6 …式10’
d2=s4+t7 …式11’
d3=s5+t5 …式12’
ここで、簡略化する前の上記の式1〜式12では、2入力のXOR演算の数(すなわち“+”演算子の数)は38個であるが、上記の式1’〜式12’(および分割中間式112である式13〜式19)では、XOR演算の数は25個に大きく低減されている(低減率34.2%)。従って、分割行列111に基づくXOR演算を直接実行する(上記の式1〜式12)よりも、分割中間式112(上記の式13〜式19)を予め計算した上で、分割中間式112を利用して分割行列111に基づくXOR演算を実行する(上記の式1’〜式12’)ことで、XOR演算に係る処理の効率化・高速化することができる。
図5は、データ分割装置100の復元処理部130における、分割データ410から秘密分散により秘密データ400を生成する復元処理の流れの例について概要を示したフローチャートである。なお、本実施の形態では、上述したように、(3,2,4)ランプ型閾値秘密分散により秘密分散処理を行うものとする。また、図6は、3個の分割データ410から(3,2,4)ランプ型閾値秘密分散により秘密データ400を生成(復元)する処理の例について概要を示した図である。
s2=a1+a2+a3+b1+c2+c3 …式21
s3=a1+b2+c1+c2 …式22
s4=a2+a3+b3+c2 …式23
s5=a1+a3+b1+c3 …式24
s6=a1+a2+b3+c1+c2+c3 …式25
なお、上記の行列の乗算からは、乱数部分データ403(r1〜r3)も得ることができるが、秘密データ400の復元に際しては不要であるため処理を省略する。また、分割処理時と同様に、実際の計算の際には、後述するように、式20〜式25の各式において各復元中間式132と一致するXOR演算の部分に、ステップS14で予め計算しておいた各復元中間式132の値を代入することで、全体でのXOR演算の数を低減させる。
図11は、分割部分データ412(a1〜a3、b1〜b3、c1〜c3)から秘密部分データ402(s1〜s6)を算出する際の例について概要を示した図である。上述の図4と同様に、図11の上段の図は、図7に示した復元行列131aの内容を模式的に表として示しており、表の行・列は、図7に示した復元行列131aの行・列に対応している。
w2=a3+b1 …式27
w3=a1+c3 …式28
w4=a2+c2 …式29
w5=w3+w4 …式30
また、上記のw1〜w5の復元中間式132aを用いることにより、上記の式20〜式25がそれぞれ以下の式により簡略化されることを表している。
s2=w2+w5 …式21’
s3=a1+c2+w1 …式22’
s4=a3+b3+w4 …式23’
s5=w2+w3 …式24’
s6=b3+c1+w5 …式25’
ここで、簡略化する前の上記の式20〜式25では、2入力のXOR演算の数は22個であるが、上記の式20’〜式25’(および復元中間式132aである式26〜式30)では、XOR演算の数は15個に大きく低減されている(低減率31.8%)。従って、復元行列131aに基づくXOR演算を直接実行する(上記の式20〜式25)よりも、復元中間式132aを予め計算した上で(上記の式26〜式30)、復元中間式132aを利用して復元行列131aに基づくXOR演算を実行する(上記の式20’〜式25’)ことで、XOR演算に係る処理の効率化・高速化することができる。
x2=a2+b1 …式32
x3=b2+b3+d2+x1 …式33
x4=d3+x1+x2 …式34
x5=a3+b2+d1+x2 …式35
また、上記のx1〜x5の復元中間式132bを用いることにより、復元行列131bと、分割部分データ412(a1〜a3、b1〜b3、d1〜d3)を要素とする分割データ行列との乗算によって6個の秘密部分データ402(s1〜s6)を得る式(記載は省略)が、それぞれ以下の簡略化された式によって表されることを示している。
s2=d1+x3 …式37’
s3=b2+x4 …式38’
s4=d2+x4 …式39’
s5=d3+x5 …式40’
s6=b3+x5 …式41’
ここで、簡略化する前では、XOR演算の数は30個であるが、上記の式36’〜式41’(および復元中間式132bである式31〜式35)では、XOR演算の数は16個に大きく低減されている(低減率46.6%)。
y2=a3+c3 …式43
y3=c2+d2 …式44
y4=a1+c1 …式45
y5=c3+d3 …式46
また、上記のy1〜y5の復元中間式132cを用いることにより、復元行列131cと、分割部分データ412(a1〜a3、c1〜c3、d1〜d3)を要素とする分割データ行列との乗算によって6個の秘密部分データ402(s1〜s6)を得る式(記載は省略)が、それぞれ以下の簡略化された式によって表されることを示している。
s2=y4+y5 …式48’
s3=c1+d1+y1+y5 …式49’
s4=y3+y4 …式50’
s5=s2+y1 …式51’
s6=y2+y3 …式52’
ここで、簡略化する前では、XOR演算の数は24個であるが、上記の式47’〜式52’(および復元中間式132cである式42〜式46)では、XOR演算の数は15個に大きく低減されている(低減率37.5%)。
z2=a2+b1 …式54
また、上記のz1〜z2の復元中間式132dを用いることにより、復元行列131dと、分割部分データ412(b1〜b3、c1〜c3、d1〜d3)を要素とする分割データ行列との乗算によって6個の秘密部分データ402(s1〜s6)を得る式(記載は省略)が、それぞれ以下の簡略化された式によって表されることを示している。
s2=b1+z2 …式56’
s3=b2+d2+s4 …式57’
s4=b1+d3+z1 …式58’
s5=b2+c1+c2+d1 …式59’
s6=b3+d3+s5 …式60’
ここで、簡略化する前では、XOR演算の数は26個であるが、上記の式55’〜式60’(および復元中間式132dである式53〜式54)では、XOR演算の数は15個に大きく低減されている(低減率42.3%)。
200…サーバ、
300…ネットワーク、
400…秘密データ、401…単位秘密データ、402…秘密部分データ、403…乱数部分データ、410、410a〜d…分割データ、411、411a〜d…単位分割データ、412…分割部分データ。
Claims (12)
- 秘密データを(3,2,4)ランプ型閾値秘密分散により4個の分割データに分割して、4個の前記分割データをそれぞれ異なる記憶装置に分散保管するデータ分割装置であって、
前記秘密データから抽出した長さSの単位秘密データを長さS/6の6個の秘密部分データに分割し、
長さS/6の3個の乱数部分データを生成し、
前記秘密部分データ、前記乱数部分データ、および前記秘密部分データのうちの1個以上と前記乱数部分データのうちの1個から分割部分データを生成するためのXOR演算を定義した分割行列に基づいて、12個の前記分割部分データを生成し、
それぞれ異なる前記乱数部分データを含むXOR演算により生成された3個の前記分割部分データを連結して4種類の長さS/2の単位分割データを生成し、
前記単位分割データを種類毎に連結して4個の分割データを生成する分割処理部を有することを特徴とするデータ分割装置。 - 請求項1に記載のデータ分割装置において、
3個の前記分割データのそれぞれから抽出した長さS/2の前記単位分割データから3個の前記分割部分データをそれぞれ抽出し、
前記分割データの種類の組み合わせに対応した前記分割行列の部分行列に対する逆行列である復元行列に基づく、抽出した前記分割部分データのXOR演算により、6個の前記秘密部分データを生成し、
生成した前記秘密部分データを連結して長さSの前記単位秘密データを生成し、
生成した前記単位秘密データを連結して前記秘密データを生成する復元処理部を有することを特徴とするデータ分割装置。 - 請求項2に記載のデータ分割装置において、
前記分割行列により定義された、前記秘密部分データ(s1〜s6)のうちの1個以上と前記乱数部分データ(r1〜r3)のうちの1個から、12個の前記分割部分データを生成するためのXOR演算の式は、
a1=r1+s1+s2
a2=r2+s3+s4
a3=r3+s5+s6
b1=r1+s3+s5
b2=r2+s1+s3+s5+s6
b3=r3+s2+s4+s6
c1=r1+s3+s4+s6
c2=r2+s2+s3+s4+s5
c3=r3+s1+s3+s3+s5+s6
d1=r1+s1+s2+s3+s5
d2=r2+s1+s4+s5+s6
d3=r3+s2+s4+s5
で表され、a1〜a3、b1〜b3、c1〜c3、d1〜d3の各3個の前記分割部分データをそれぞれ連結して、A〜Dの4種類の前記単位部分データを生成することを特徴とするデータ分割装置。 - 請求項3に記載のデータ分割装置において、
前記復元行列に基づく、前記分割部分データから前記秘密部分データを生成するためのXOR演算の式は、前記分割データの種類がA、B、Cの場合は、
s1=a2+b1+b2+c1
s2=a1+a2+a3+b1+c2+c3
s3=a1+b2+c1+c2
s4=a2+a3+b3+c2
s5=a1+a3+b1+c3
s6=a1+a2+b3+c1+c2+c3
で表され、前記分割データの種類がA、B、Dの場合は、
s1=a1+a3+b1+b2+b3+d2
s2=a1+a3+b2+b3+d1+d2
s3=a1+a2+a3+b1+b2+d3
s4=a1+a2+a3+b1+d2+d3
s5=a2+a3+b1+b2+d1+d3
s6=a2+a3+b1+b2+b3+d1
で表され、前記分割データの種類がA、C、Dの場合は、
s1=a1+a2+a3+c2+c3+d1
s2=a1+c1+c3+d3
s3=a2+c1+c2+c3+d1+d3
s4=a1+c1+c2+d2
s5=a1+a2+c1+c2+c3+d3
s6=a3+c2+c3+d2
で表され、前記分割データの種類がB、C、Dの場合は、
s1=b3+c1+c2+c3+d1+d2
s2=b1+b3+c1+c2+c3+d2
s3=b1+b2+b3+c1+d2+d3
s4=b1+b3+c1+d3
s5=b2+c1+c2+d1
s6=b2+b3+c1+c2+d1+d3
で表され、s1〜s6の6個の前記秘密部分データを連結して前記単位部分データを生成することを特徴とするデータ分割装置。 - 請求項3に記載のデータ分割装置において、
前記分割処理部は、前記分割行列に基づくXOR演算の式において、
t1=s3+s4
t2=s1+s2
t3=s3+s5
t4=s5+s6
t5=r3+s2+s4
t6=t2+t3
t7=r2+s1+t4
の各式を分割中間式として、前記各分割中間式の値を予め算出しておき、前記分割行列に基づくXOR演算の際に、前記分割中間式と一致する部分に前記分割中間式の値を代入することを特徴とするデータ分割装置。 - 請求項4に記載のデータ分割装置において、
前記復元処理部は、前記復元行列に基づくXOR演算の式において、前記分割データの種類がA、B、Cの場合は、
w1=b2+c1
w2=a3+b1
w3=a1+c3
w4=a2+c2
w5=w3+w4
の各式を復元中間式とし、前記分割データの種類がA、B、Dの場合は、
x1=a1+a3
x2=a2+b1
x3=b2+b3+d2+x1
x4=d3+x1+x2
x5=a3+b2+d1+x2
の各式を復元中間式とし、前記分割データの種類がA、C、Dの場合は、
y1=a2+c2
y2=a3+c3
y3=c2+d2
y4=a1+c1
y5=c3+d3
の各式を復元中間式とし、前記分割データの種類がB、C、Dの場合は、
z1=a1+a3
z2=a2+b1
の各式を復元中間式として、前記各復元中間式の値を予め算出しておき、前記復元行列に基づくXOR演算の際に、前記復元中間式と一致する部分に前記復元中間式の値を代入することを特徴とするデータ分割装置。 - 秘密データを(3,2,4)ランプ型閾値秘密分散により4個の分割データに分割するデータ分割装置として機能するよう、コンピュータに処理を実行させるデータ分割プログラムであって、
前記コンピュータの分割処理部に、
入力された前記秘密データから抽出した長さSの単位秘密データを長さS/6の6個の秘密部分データに分割するステップと、
長さS/6の3個の乱数部分データを生成するステップと、
予め保持されている、前記秘密部分データのうちの1個以上と前記乱数部分データのうちの1個から分割部分データを生成するためのXOR演算を定義した分割行列を読み込み、読み込んだ前記分割行列と、前記秘密部分データおよび前記乱数部分データとに基づいて、12個の前記分割部分データを生成するステップと、
それぞれ異なる前記乱数部分データを含むXOR演算により生成された3個の前記分割部分データを連結して4種類の長さS/2の単位分割データを生成するステップと、
前記単位分割データを種類毎に連結して4個の分割データを生成するステップと、を実行させ、
前記コンピュータの分散管理部に、
前記分割データをそれぞれ異なる記憶装置へ出力するステップを実行させることを特徴とするデータ分割プログラム。 - 請求項7に記載のデータ分割プログラムにおいて、
前記コンピュータの復元処理部に、
入力された3個の前記分割データのそれぞれから抽出した長さS/2の前記単位分割データから3個の前記分割部分データをそれぞれ抽出するステップと、
前記分割データの種類の組み合わせを特定するステップと、
予め保持されている、前記分割データの種類の組み合わせに対応した前記分割行列の部分行列に対する逆行列である復元行列を読み込み、読み込んだ前記復元行列に基づく、抽出した前記分割部分データのXOR演算により、6個の前記秘密部分データを生成するステップと、
生成した前記秘密部分データを連結して長さSの前記単位秘密データを生成するステップと、
生成した前記単位秘密データを連結して前記秘密データを生成して出力するステップとを実行させることを特徴とするデータ分割プログラム。 - 請求項8に記載のデータ分割プログラムにおいて、
前記分割行列により定義された、前記秘密部分データ(s1〜s6)のうちの1個以上と前記乱数部分データ(r1〜r3)のうちの1個から、12個の前記分割部分データを生成するためのXOR演算の式は、
a1=r1+s1+s2
a2=r2+s3+s4
a3=r3+s5+s6
b1=r1+s3+s5
b2=r2+s1+s3+s5+s6
b3=r3+s2+s4+s6
c1=r1+s3+s4+s6
c2=r2+s2+s3+s4+s5
c3=r3+s1+s3+s3+s5+s6
d1=r1+s1+s2+s3+s5
d2=r2+s1+s4+s5+s6
d3=r3+s2+s4+s5
で表され、前記コンピュータに、a1〜a3、b1〜b3、c1〜c3、d1〜d3の各3個の前記分割部分データをそれぞれ連結して、A〜Dの4種類の前記単位部分データを生成させることを特徴とするデータ分割プログラム。 - 請求項9に記載のデータ分割プログラムにおいて、
前記復元行列に基づく、前記分割部分データから前記秘密部分データを生成するためのXOR演算の式は、前記分割データの種類がA、B、Cの場合は、
s1=a2+b1+b2+c1
s2=a1+a2+a3+b1+c2+c3
s3=a1+b2+c1+c2
s4=a2+a3+b3+c2
s5=a1+a3+b1+c3
s6=a1+a2+b3+c1+c2+c3
で表され、前記分割データの種類がA、B、Dの場合は、
s1=a1+a3+b1+b2+b3+d2
s2=a1+a3+b2+b3+d1+d2
s3=a1+a2+a3+b1+b2+d3
s4=a1+a2+a3+b1+d2+d3
s5=a2+a3+b1+b2+d1+d3
s6=a2+a3+b1+b2+b3+d1
で表され、前記分割データの種類がA、C、Dの場合は、
s1=a1+a2+a3+c2+c3+d1
s2=a1+c1+c3+d3
s3=a2+c1+c2+c3+d1+d3
s4=a1+c1+c2+d2
s5=a1+a2+c1+c2+c3+d3
s6=a3+c2+c3+d2
で表され、前記分割データの種類がB、C、Dの場合は、
s1=b3+c1+c2+c3+d1+d2
s2=b1+b3+c1+c2+c3+d2
s3=b1+b2+b3+c1+d2+d3
s4=b1+b3+c1+d3
s5=b2+c1+c2+d1
s6=b2+b3+c1+c2+d1+d3
で表され、前記コンピュータに、s1〜s6の6個の前記秘密部分データを連結して前記単位部分データを生成させることを特徴とするデータ分割プログラム。 - 請求項9に記載のデータ分割プログラムにおいて、
前記コンピュータに、前記分割行列に基づくXOR演算により前記分割部分データを生成するステップの前に、前記分割行列に基づくXOR演算の式において、
t1=s3+s4
t2=s1+s2
t3=s3+s5
t4=s5+s6
t5=r3+s2+s4
t6=t2+t3
t7=r2+s1+t4
の各式を分割中間式として、前記各分割中間式の値を予め算出しておくステップを実行させ、
前記分割行列に基づくXOR演算により前記分割部分データを生成するステップにおいて、前記分割中間式と一致する部分に前記分割中間式の値を代入することを特徴とするデータ分割プログラム。 - 請求項10に記載のデータ分割プログラムにおいて、
前記コンピュータに、前記復元行列に基づくXOR演算により前記秘密部分データを生成するステップの前に、前記復元行列に基づくXOR演算の式において、前記分割データの種類がA、B、Cの場合は、
w1=b2+c1
w2=a3+b1
w3=a1+c3
w4=a2+c2
w5=w3+w4
の各式を復元中間式とし、前記分割データの種類がA、B、Dの場合は、
x1=a1+a3
x2=a2+b1
x3=b2+b3+d2+x1
x4=d3+x1+x2
x5=a3+b2+d1+x2
の各式を復元中間式とし、前記分割データの種類がA、C、Dの場合は、
y1=a2+c2
y2=a3+c3
y3=c2+d2
y4=a1+c1
y5=c3+d3
の各式を復元中間式とし、前記分割データの種類がB、C、Dの場合は、
z1=a1+a3
z2=a2+b1
の各式を復元中間式として、前記各復元中間式の値を予め算出しておくステップを実行させ、
前記復元行列に基づくXOR演算により前記秘密部分データを生成するステップにおいて、前記復元中間式と一致する部分に前記復元中間式の値を代入することを特徴とするデータ分割プログラム。
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