JP6828322B2 - 照合システムと方法とプログラム - Google Patents
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データを秘匿しつつ、
照合対象の暗号文の数を削減することを、同時に満たすことはできない、という課題がある。
照合対象の平文データを暗号化した暗号化照合データを生成し、前記照合対象の平文データの部分に対応する部分照合データを生成する第2の手段と、
前記部分照合データとの間の距離が予め定められた値以下である前記部分登録データに対応する前記暗号化登録データに対して、前記暗号化照合データとの照合を行う第3の手段と、を含む照合システムが提供される。
照合対象の平文データを暗号化した暗号化照合データを生成し、前記照合対象の平文データの部分に対応する部分照合データを生成する第2のステップと、
前記部分照合データとの間の距離が予め定められた値以下である前記部分登録データに対応する前記暗号化登録データに対して前記暗号化照合データとの照合を行う第3のステップとを含む照合方法が提供される。
照合対象の平文データを暗号化した暗号化照合データを生成し、前記照合対象の平文データの部分に対応する部分照合データを生成する第2の処理と、
前記部分照合データとの間の距離が予め定められた値以下である前記部分登録データに対応する前記暗号化登録データに対して前記暗号化照合データとの照合を行う第3の処理と、をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。本発明によれば、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み出し可能な記録媒体(例えばRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、又は、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM)等の半導体ストレージ、HDD(Hard Disk Drive)、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)等のnon−transitory computer readable recording medium)が提供される。
照合対象の平文データを暗号化した暗号化照合データを生成し、前記照合対象の平文データの部分に対応する部分照合データを生成する第2のステップ(S2)と、
前記部分照合データとの間の距離が予め定められた値以下である前記部分登録データに対応する前記暗号化登録データに対して暗号化照合データとの照合を行う第3のステップ(S3)と、を有する。
前記登録対象の平文データ及び平文の部分登録データを準同型暗号の公開鍵でそれぞれ暗号化して、暗号化登録データと暗号化部分登録データを生成して記憶装置に登録するようにしてもよい。
暗号化部分照合データと暗号化部分登録データを暗号化したままま部分照合データと部分登録データ間の距離を計算して照合(照合補助)処理を依頼する。
照合(照合補助)処理では、前記距離を準同型暗号の秘密鍵で復号する。
照合(照合補助)処理の結果、部分照合データと部分登録データとの間の距離が予め定められた第1の値(t’)以下である場合(簡易照合が受理の場合)、前記暗号化照合データと前記暗号化登録データを暗号化したまま距離を計算して照合(照合補助)処理を依頼する。
照合(補助)処理では、準同型暗号の秘密鍵で前記距離を復号し、照合データと登録データの照合を行う。
照合(照合補助)処理では、前記暗号化部分照合データと前記暗号化部分登録データとの間の距離を受け、前記距離を準同型暗号の秘密鍵を用いて復号する。
前記復号された部分照合データと部分登録データとの間の距離が予め定められた前記第1の値(t')以下であるか否か判定する。
前記部分照合データと前記部分登録データの前記距離が予め定められた前記第1の値以下である場合、前記暗号化照合データと前記暗号化登録データを暗号化したまま距離を計算して照合(照合補助)処理を依頼する。
照合(照合補助)処理では、前記暗号化照合データと前記暗号化登録データとの間の前記距離を、前記準同型暗号の前記秘密鍵を用いて復号する。
復号された照合データと登録データとの間の距離が予め定められた第2の値(t)以下であるか否か判定することで照合処理を行う。
前記第2のステップ(S2)では、前記照合対象の平文データを準同型暗号の公開鍵で暗号化し、及び前記暗号化照合データを生成するようにしてもよい。
前記第3のステップ(S3)では、平文の部分照合データと平文の部分登録データとの間の距離を計算するステップと、
部分照合データと部分登録データとの間の距離が予め定められた第1の値(t’)以下である場合、前記暗号化照合データと前記暗号化登録データを暗号化したまま距離を計算するステップと、
前記暗号化照合データと前記暗号化登録データとの間の距離を、前記準同型暗号の前記秘密鍵を用いて復号し、
前記照合データと前記登録データとの間の距離が予め定められた第2の値(t)以下であるか否か判定することで照合処理を行うステップを含むようにしてもよい。
本発明の例示的な一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1を参照すると、一実施の形態に係るシステムは、データを暗号化した登録データを生成する登録データ生成装置100と、登録データを受信し記憶装置300に登録する登録装置200と、鍵生成装置400と、照合要求装置500と、照合装置600と、照合補助装置700とを備えている。これらの装置は、プロセッサ(CPU)、記憶装置(メモリ)、通信インタフェース(IF)等を備え、ネットワーク(構内網、広域網)を介して通信接続する複数のノード装置として構成してもよい。図2乃至図5を参照して、各装置について説明する。
図6は、登録セットアップフェイズを例示する図である。鍵生成装置400の鍵生成部401は、セキュリティパラメータkを入力とし準同型暗号の公開鍵および秘密鍵を生成し(ステップS101)、通信IF402を介して、公開鍵を登録データ生成装置100と登録装置200に送付する(ステップS102、S103)。
に関して、
ENC(pk, m1)(+)ENC(pk, m2)=ENC(pk, m1+m2) (加法準同型)又は、
ENC(pk, m1)(*)ENC(pk, m2)=ENC(pk, m1*m2) (乗法準同型)
が成り立つ。ここで(+)や(*)は暗号方式によって定められる二項演算子である。なお、準同型暗号方式として、乗法に利用されるRSA(Rivest Shamir Adleman)暗号、加法に利用される加法Elgamal暗号等が知られている。
図7は、データ登録フェイズを例示する図である。
図8は、照合セットアップフェイズを例示する図である。鍵生成装置400は、登録セットアップフェイズで生成した準同型暗号の公開鍵を通信IF402を介して、照合要求装置500、照合装置600、照合補助装置700に送信する(ステップS301〜S303)。また、鍵生成装置400は、登録セットアップフェイズで生成した準同型暗号の秘密鍵を通信IF402を介して照合補助装置700に送付する(ステップS304)。
図9は、暗号文照合フェイズを例示する図である。照合要求装置500の照合データ生成部501が平文照合データを生成する(ステップS401)。
次に、上記した例示的な実施形態についてより詳細な実施例に即して説明する。本実施例は、距離として、二乗n次元ユークリッド距離を扱う場合の実施例である。すなわち、
2つのn次元ベクトル
X=(x[1], x[2], …, x[n])と、
Y=(y[1], y[2], …, y[n]
)に対して、
XとYとの間の距離d(X, Y)を、
d(X,Y)=[(x[1]-y[1])^{2}+(x[2]-y[2])^{2}+…+(x[n]-y[n])^{2}]
と定義する。この二乗n次元ユークリッド距離は、距離を定義する条件式(1.(非負性):d(X,Y)>=0, X=Y ⇒ d(X,Y)=0, 2.(対称性):d(X,Y)=d(Y,X), 3.(三角不等式):d(X,Y)+d(Y,Z)>=d(X,Y))のうち三角不等式を満たさないが、本実施例で用いるようなマッチ判定には利用できることが知られている。
(pk, sk)←KeyGen(1^k)
と記す。
C←Enc(pk, M)と記す。
M←Dec(sk, C)
と記す。
公開鍵pk,暗号文C_1←Enc(pk, M_1)および C_2←Enc(pk, M_2) を入力として、
暗号文C_3←Enc(pk, M_1+M_2)を出力する。これを、
C_3←HomAdd(pk, C_1, C_2)
と記す。
暗号文C_3←Enc(pk, M_1・M_2)
を出力する。これを、
C_3←HomMul(pk, C_1, C_2)
と記す。
X=(x[1], x[2], …, x[n])と
Y=(y[1], y[2], …, y[n])
の暗号文:
Enc(pk, X)=(Enc(pk, x[1]), Enc(pk, x[2]),…,Enc(pk, x[n])) と
Enc(pk, Y)=(Enc(pk, y[1]), Enc(pk,y[2]),…,Enc(pk, y[n]))
に対して、
XとYとの間の距離の暗号文Enc(pk, d(X,Y))を、XとYを暗号化したまま計算できる。
登録データ生成装置100の登録データ生成部101が、平文登録データX=(x[1],…,x[n])を生成する(図7のステップS201)。
1. i=1,…,mに対して、
enc_x’[i]=Enc(pk,x’[i])
を計算する。
とする。
enc_x[i]=Enc(pk,x[i])
を計算する。
とする。
登録セットアップフェイズで鍵生成装置400が生成した準同型暗号の公開鍵pkを照合要求装置500、照合装置600、照合補助装置700にそれぞれ送付し(図8のステップS301〜S303)、秘密鍵skを照合補助装置700に送付する(図8のステップS304)。
照合要求装置500の照合データ生成部501が平文照合データ
Y=(y[1],…,y[n])
を生成する(図9のステップS401)。
enc_y’[i]=Enc(pk, y’[i])
とする。
enc_y[i]=Enc(pk, y[i])
とする。
とする。
(a) 準同型加算HomAddを使って,
Enc(pk,x’[i])とEnc(pk, y’[i])から
Enc(pk,x’[i]-y’[i])
を計算する。
(b) 準同型乗算HomMulを使って,
Enc(pk, x’[i]-y’[i])から
Enc(pk, (x’[i]-y’[i])^2)
を計算する。
Enc(pk, (x’[1]-y’[1])^2),…, Enc(pk, (x’[m]-y’[m])^2)から、
ENC(d’)=Enc(pk, d(X’,Y’))
を計算する。
復号結果が閾値t’以下であった場合、部分照合受理を、
そうでなかった場合部分照合不受理を、
部分データ照合補助結果Result_y’とし、照合装置600に送付する(図10のステップS411)。
(a) 準同型加算HomAddを使って、
Enc(pk,x[i])と、Enc(pk, y[i])から、
Enc(pk,x[i]-y[i])
を計算する。
(b) 準同型乗算HomMulを使って、
Enc(pk, x[i]-y[i])から
Enc(pk, (x[i]-y[i])^2)
を計算する。
Enc(pk, (x[1]-y[1])^2),…, Enc(pk, (x[n]-y[n])^2)から、
ENC(d)=Enc(pk, d(X,Y))
を計算する。
Dec(sk, ENC(d))を実行する。
復号結果dが閾値tを超えていたら、不受理を
照合補助結果Result_yとし(図11のステップS415)、
照合補助結果Result_yを照合装置600に送付する(図11のステップS416)。
Result_yが受理であったら、照合受理を、
Result_yが受理でなかったら、照合不受理を照合結果Resultとし生成し(図11のステップS417)、
照合結果を照合要求装置500に出力する(図11のステップS418)。
図12、図13は、この変形例の構成を説明する図である。図12に示すように、登録データ生成装置100Aは、部分登録データ暗号部103を備えていず、登録データ送付部105が、暗号化登録データと平文の部分登録データを、登録装置200に送信する。また、照合要求装置500Aは、部分照合データ暗号化部503を備えていず、照合クエリ送付部505は、暗号化照合データと平文の部分照合データを入力としてクエリを生成し照合装置600に送信する。図13を参照すると、照合装置600は、暗号化部分距離生成部601、部分データ照合補助依頼部602を備えていず、平文の部分登録データと平文の部分照合データとの間の距離が所定の閾値(t')以下であるか判別し、部分照合受理、不受理を出力する平文部分データ照合処理部608を備えている。なお図3(A)の記憶装置300の暗号化部分データ記憶部301は、平文の部分登録データを記憶する記憶部に置き換えられる。
同様に、登録時と照合時のいずれか一方だけ、部分平文データを暗号化するようにしてもよい。この場合、照合装置600(図4(B))において、例えば暗号化部分距離生成部601は削除され、部分データ照合補助依頼部602は、部分登録データと部分照合データのうちの一方の平文の部分データと、部分登録データと部分照合データのうちの他方の暗号化部分データの部分データ照合補助依頼を、照合補助装置700に依頼する。照合補助装置700の部分データ照合補助部702(図5)では、部分登録データと部分照合データの前記他方の暗号化部分データを、秘密鍵を用いて復号した上で、部分登録データと部分照合データの前記一方の平文の部分データとの間の距離を求める。部分データ照合補助部702(図5)では、該距離が閾値(t’)以下である場合には、部分照合受理を、該距離が閾値(t’)を上回る場合には、部分照合不受理を照合装置600に送信するようにしてもよい。これ以降の照合装置600の処理と、照合補助装置700による暗号化照合データと暗号化登録データの照合処理は、前述した実施形態と同様であるため説明は省略する。
挙げられる。
2 CPU
3 記憶装置
4 I/Oインタフェース
5 通信インタフェース
6 センサ
100、100A 登録データ生成装置
101 登録データ生成部
102 部分登録データ生成部
103 部分登録データ暗号化部
104 登録データ暗号化部
105 登録データ送付部
106 通信インタフェース(IF)
200 登録装置
201 登録処理部
202 登録データ受信部
203 通信インタフェース(IF)
300 記憶装置
301 暗号化部分データ記憶部
302 暗号化データ記憶部
303 通信インタフェース(IF)
400 鍵生成装置
401 鍵生成部
402 通信インタフェース(IF)
500、500A 照合要求装置
501 照合データ生成部
502 部分照合データ生成部
503 部分照合データ暗号化部
504 照合データ暗号化部
505 照合クエリ送付部
506 通信インタフェース(IF)
600、600A 照合装置
601 暗号化部分距離生成部
602 部分データ照合補助依頼部
603 暗号化照合データ距離生成部
604 照合補助依頼部
605 照合処理部
606 照合クエリ受信部
607 通信インタフェース(IF)
608 平文部分データ照合処理部
700、700A 照合補助装置
701 鍵記憶部
702 部分データ照合補助部
703 照合補助部
704 通信インタフェース(IF)
Claims (7)
- 登録対象の平文データを暗号化した暗号化登録データを生成し、前記登録対象の平文データの部分に対応する部分登録データを生成し、前記部分登録データを暗号化して暗号化部分登録データを生成し、前記暗号化部分登録データと前記暗号化登録データを記憶装置に登録する第1の手段と
照合対象の平文データを暗号化した暗号化照合データを生成し、前記照合対象の平文データの部分に対応する部分照合データを生成し、前記部分照合データを暗号化して暗号化部分照合データを生成する第2の手段と、
前記暗号化部分照合データと前記暗号化部分登録データとから前記部分照合データと前記部分登録データ間の第1の距離を求め、前記第1の距離が予め定められた第1の値以下である場合、前記暗号化部分登録データに対応する前記暗号化登録データと、前記暗号化照合データとから、前記照合対象の平文データと前記暗号化登録データに対応する平文登録データ間の第2の距離を求め、前記第2の距離が予め定められた第2の値以下である場合、照合を受理する第3の手段と、
を含み、
前記第1の手段は、前記第1の値以下の前記第2の値に対して、第1、第2の平文データ間の距離が前記第2の値以下であれば、前記第1、第2の平文データの部分に対応する第1、第2の部分登録データ間の距離が前記第1の値以下となるように、前記登録対象の平文データから前記部分登録データを生成し、
前記第2の手段は、照合対象の第1、第2の平文データ間の距離が前記第2の値以下であれば、前記第1、第2の平文データの部分に対応する前記第1、第2の部分照合データ間の距離が前記第1の値以下となるように、前記照合対象の平文データから前記部分照合データを生成する、ことを特徴とする照合システム。 - 前記第1の手段は、
前記登録対象の平文データ及び平文の前記部分登録データを、鍵生成装置で生成された準同型暗号の公開鍵でそれぞれ暗号化し、前記暗号化登録データと前記暗号化部分登録データを生成する登録データ生成装置と、
前記暗号化登録データと前記暗号化部分登録データを前記記憶装置に登録する登録装置と、
を備え、
前記第2の手段は、
前記照合対象の平文データと平文の前記部分照合データを前記準同型暗号の公開鍵でそれぞれ暗号化し、前記暗号化照合データと前記暗号化部分照合データを生成する照合要求装置を備え、
前記第3の手段は、
前記暗号化部分照合データと前記暗号化部分登録データを暗号化したまま前記部分照合データと前記部分登録データ間の前記第1の距離を計算する照合装置と、
前記照合装置から、前記暗号化された前記第1の距離を受け、前記鍵生成装置で生成された準同型暗号の秘密鍵を用いて前記第1の距離を復号し、前記第1の距離が前記第1の値以下であるか否かを判定する照合補助装置と、
を備え、
前記照合装置は、
前記部分照合データと前記部分登録データとの間の距離が前記第1の値以下である場合、前記暗号化照合データと前記暗号化登録データを暗号化したまま前記照合対象の平文データと前記暗号化登録データに対応する平文登録データ間の前記第2の距離を計算し、
前記照合補助装置は、前記照合装置から、前記暗号化された前記第2の距離を受け、前記準同型暗号の秘密鍵を用いて、前記第2の距離を復号し、前記第2の距離が前記第2の値以下であるか否かを判定する、ことを特徴とする請求項1に記載の照合システム。 - 前記第1の手段が生成する前記部分登録データは、前記登録対象の平文データの部分集合であり、
前記第1の手段は、前記登録対象の平文データとその部分集合である前記部分登録データの各要素を暗号化して前記暗号化登録データと前記暗号化部分登録データを求め、
前記第2の手段が生成する前記部分照合データは、前記照合対象の平文データの部分集合であり、
前記第2の手段は、前記照合対象の平文データとその部分集合である前記部分照合データの各要素を暗号化して前記暗号化照合データと前記暗号化部分照合データを求める、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の照合システム。 - 登録装置が、登録対象の平文データを暗号化した暗号化登録データを生成し、前記登録対象の平文データの部分に対応する部分登録データを生成し、前記部分登録データを暗号化して暗号化部分登録データを生成し、前記暗号化部分登録データと前記暗号化登録データを記憶装置に登録する第1のステップと、
照合要求装置が、照合対象の平文データを暗号化した暗号化照合データを生成し、前記照合対象の平文データの部分に対応する部分照合データを生成し、前記部分照合データを暗号化して暗号化部分照合データを生成し、前記部分照合データを暗号化して暗号化部分照合データを含む照合クエリを照合装置に送信する第2のステップと、
前記照合装置が、前記暗号化部分照合データと前記暗号化部分登録データを暗号化したまま前記部分照合データと前記部分登録データ間の第1の距離を求め、照合補助装置に送信する第3のステップと、
前記照合補助装置が、暗号化された前記第1の距離を復号し、復号した前記第1の距離が予め定められた第1の値以下である場合、部分照合受理を照合装置に返す第4のステップと、
前記照合装置が、前記部分照合受理を受信すると、前記暗号化部分登録データに対応する前記暗号化登録データと前記暗号化照合データとを暗号化したまま、前記照合対象の平文データと、前記暗号化登録データに対応する平文登録データ間の第2の距離を求め、前記照合補助装置に送信する第5のステップと、
前記照合補助装置が、暗号化された前記第2の距離を復号し、復号した前記第2の距離が予め定められた第2の値以下である場合、照合を受理する第6のステップと、
を含み、
前記第1のステップにおいて、前記登録装置は、前記第1の値以下の前記第2の値に対して、第1、第2の平文データ間の距離が前記第2の値以下であれば、前記第1、第2の平文データの部分に対応する第1、第2の部分登録データ間の距離が前記第1の値以下となるように、前記登録対象の平文データから前記部分登録データを生成し、
前記第2のステップにおいて、前記照合要求装置は、照合対象の第1、第2の平文データ間の距離が前記第2の値以下であれば、前記第1、第2の平文データの部分に対応する前記第1、第2の部分照合データ間の距離が前記第1の値以下となるように、前記照合対象の平文データから前記部分照合データを生成する、ことを特徴とする照合方法。 - 前記登録装置が生成する前記部分登録データは、前記登録対象の平文データの部分集合であり、
前記登録装置は、前記登録対象の平文データとその部分集合である前記部分登録データの各要素を暗号化して前記暗号化登録データと前記暗号化部分登録データを求め、
前記照合要求装置が生成する前記部分照合データは、前記照合対象の平文データの部分集合であり、
前記照合要求装置は、前記照合対象の平文データとその部分集合である前記部分照合データの各要素を暗号化して前記暗号化照合データと前記暗号化部分照合データを求める、ことを特徴とする請求項4に記載の照合方法。 - コンピュータに照合処理を実行させるプログラムであって、
登録対象の平文データを暗号化した暗号化登録データを生成し、前記登録対象の平文データの部分に対応する部分登録データを生成し、前記部分登録データを暗号化して暗号化部分登録データを生成し、前記暗号化部分登録データと前記暗号化登録データを記憶装置に登録する第1の処理と、
照合対象の平文データを暗号化した暗号化照合データを生成し、前記照合対象の平文データの部分に対応する部分照合データを生成し、前記部分照合データを暗号化して暗号化部分照合データを生成する第2の処理と、
前記暗号化部分照合データと前記暗号化部分登録データとから前記部分照合データと前記部分登録データ間の第1の距離を求め、前記第1の距離が予め定められた第1の値以下である場合、前記暗号化部分登録データに対応する前記暗号化登録データと、前記暗号化照合データとから、前記照合対象の平文データと前記暗号化登録データに対応する平文登録データ間の第2の距離を求め、前記第2の距離が予め定められた第2の値以下である場合、照合を受理する第3の処理と、
を含み、
前記第1の処理は、前記第1の値以下の前記第2の値に対して、第1、第2の平文データ間の距離が前記第2の値以下であれば、前記第1、第2の平文データの部分に対応する第1、第2の部分登録データ間の距離が前記第1の値以下となるように、前記登録対象の平文データから前記部分登録データを生成し、
前記第2の処理は、照合対象の第1、第2の平文データ間の距離が前記第2の値以下であれば、前記第1、第2の平文データの部分に対応する前記第1、第2の部分照合データ間の距離が前記第1の値以下となるように、前記照合対象の平文データから前記部分照合データを生成する、プログラム。 - 前記第1の処理が生成する前記部分登録データは、前記登録対象の平文データの部分集合であり、
前記第1の処理は、前記登録対象の平文データとその部分集合である前記部分登録データの各要素を暗号化して前記暗号化登録データと前記暗号化部分登録データを求め、
前記第2の処理が生成する前記部分照合データは、前記照合対象の平文データの部分集合であり、
前記第2の処理は、前記照合対象の平文データとその部分集合である前記部分照合データの各要素を暗号化して前記暗号化照合データと前記暗号化部分照合データを求める、ことを特徴とする請求項6に記載のプログラム。
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