JP7240037B2 - Input person device, calculation support device, device, confidential calculation device, and program - Google Patents

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Description

本発明は、入力者装置、演算支援装置、装置、秘匿演算装置、及びプログラムに関する。 The present invention relates to an input person device, a calculation support device, a device, a secure calculation device, and a program.

演算支援装置、及び秘匿演算装置は情報を安全に分散管理する分散管理技術に関する。また、分散管理された情報を秘匿したまま演算を行う秘匿演算技術に関する。 Arithmetic support device and secure computing device relate to distributed management technology for safely distributing and managing information. The present invention also relates to a concealed computation technique for performing computation while concealing distributed managed information.

近年、AIなどの進歩に伴い、ニューラルネットワーク(以降、NN)の活用が期待されている。ただし、NNの活用においては、解こうとする問題が漏洩すると個人のプライバシーや企業の機密情報に影響を与える可能性がある。そのため、NNの利活用においては、その入力情報や解こうとする問題を秘匿できることが望まれる。 In recent years, along with advances in AI and the like, utilization of neural networks (hereinafter referred to as NN) is expected. However, in the utilization of NN, if the problem to be solved is leaked, it may affect the privacy of individuals and the confidential information of companies. Therefore, in the utilization of NN, it is desired that the input information and the problem to be solved can be kept secret.

入力情報を秘匿しながら計算を実現する手法として秘匿計算技術が研究されている。秘匿計算技術を大きく分けると、主に鍵を用いてデータを秘匿する公開鍵暗号に基づく準同型暗号と、鍵を用いずにデータを秘匿する秘密分散法を用いた秘匿計算がある。ただし、準同型暗号は一般的に計算量が多く、演算の処理に多大な時間がかかるという問題がある。一方、秘密分散を用いる場合、最小2台の装置が必要であるが、秘匿計算を行おうとすれば、一般に3台以上の別々に管理された装置が必要であることが知られており、装置規模が大きくなるという問題がある。よって、高速な秘匿計算が可能で、できるだけ少ない台数、または小さな装置規模で秘匿計算が行える仕組みが必要とされている。 Confidential computation technology is being researched as a technique for realizing computation while keeping input information confidential. Secrecy computation technology can be broadly classified into homomorphic encryption based on public key cryptography that uses keys to keep data confidential, and secure computation that uses secret sharing to keep data confidential without using keys. However, homomorphic encryption generally requires a large amount of calculations, and there is a problem that it takes a long time to process operations. On the other hand, when secret sharing is used, at least two devices are required. There is a problem of increasing the scale. Therefore, there is a need for a mechanism that enables high-speed secure computation and allows secure computation to be performed with as few units as possible or with a small device scale.

本発明では、小さな装置規模で効率的に秘匿計算を行える入力者装置、演算支援装置、及び秘匿演算装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an input person's device, a computation support device, and a secure computation device that can efficiently perform secure computation with a small device scale.

請求項1に記載の発明の演算支援装置は、nを2以上の整数、kを、最小値が2で最大値がnの整数、Lを1以上k以下の整数とし、秘密情報をn個に分散し、n個のうちk個の分散値を集めれば秘密情報を復元でき、k-L個以下では秘密情報を復元できない手段を用いて秘匿演算を行うシステムにおいて、秘密情報に0でない値の乱数を秘匿加算する手段と、その秘匿加算結果をそのまま秘匿演算に参加する全秘匿演算装置に送る手段と、を有することを特徴とする。 In the arithmetic support device of the invention described in claim 1, n is an integer of 2 or more, k is an integer with a minimum value of 2 and a maximum value of n, L is an integer of 1 or more and k or less, and n secret information In a system in which secret information can be restored by collecting k out of n distributed values, and secret information cannot be restored with kL or less, the secret information is a non-zero value means for secretly adding the random numbers, and means for sending the result of the secret addition as it is to all the secret arithmetic units participating in the secret arithmetic.

請求項に記載の発明のプログラムは、nを2以上の整数、kを、最小値が2で最大値がnの整数、Lを1以上k以下の整数とし、秘密情報をn個に分散し、n個のうちk個の分散値を集めれば秘密情報を復元でき、k-L個以下では秘密情報を復元できない手段を用いて秘匿演算を行うシステムにおける演算支援装置のコンピュータを、秘密情報に0でない値の乱数を秘匿加算する手段、及びその秘匿加算結果をそのまま秘匿演算に参加する全秘匿演算装置に送る手段として機能させる。 In the program of the invention described in claim 2 , n is an integer of 2 or more, k is an integer with a minimum value of 2 and a maximum value of n, L is an integer of 1 or more and k or less, and secret information is distributed to n pieces. Then, the secret information can be restored by collecting k out of n distributed values, and the computer of the calculation support device in the system that performs the secret calculation using a means that cannot restore the secret information with kL or less is the secret information. function as means for secretly adding a random number not equal to 0, and means for transmitting the result of the secret addition as it is to all the secret arithmetic units participating in the secret arithmetic.

本発明は、効率的に計算を行える。 The present invention is computationally efficient.

第1の実施の形態の秘密情報分散秘匿演算システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a confidential information distribution and confidentiality computing system according to a first embodiment; FIG. 第1の実施の形態の入力者装置12のブロック図である。2 is a block diagram of the input person device 12 according to the first embodiment; FIG. 入力者装置12のCPU22の機能ブロック図である。3 is a functional block diagram of a CPU 22 of the input person's device 12; FIG. マシン14N0~14Nn-1のCPU22の機能ブロック図である。2 is a functional block diagram of CPUs 22 of machines 14N0 to 14Nn-1; FIG. 分散1のプログラムのフローチャートである。10 is a flow chart of a distribution 1 program; 秘匿積和演算1のプログラムのフローチャートである。10 is a flowchart of a program of secure product-sum operation 1; 秘密分散1のプログラムのフローチャートである。3 is a flow chart of a secret sharing 1 program; 秘匿除算1のプログラムのフローチャートである。10 is a flowchart of a program for secure division 1; 分散1′のプログラムのフローチャートである。It is a flow chart of the program of distribution 1'. 秘匿積和演算1′のプログラムのフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart of a program of secure product-sum operation 1′; FIG. 秘匿積和演算1′のプログラムのフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart of a program of secure product-sum operation 1′; FIG. 入力者装置12のCPU22の機能ブロック図である。3 is a functional block diagram of a CPU 22 of the input person's device 12; FIG. 分散2のプログラムのフローチャートである。10 is a flow chart of a program for distribution 2; 積和のプログラムのフローチャートである。4 is a flow chart of a sum-of-products program; 演算支援2のプログラムのフローチャートである。10 is a flowchart of a program for computation support 2; 演算支援2′のプログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the program of operation support 2'. 秘匿除算2のプログラムのフローチャートである。10 is a flow chart of a program for secure division 2; 第3の実施の形態の秘密情報分散秘匿演算システムの構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a confidential information distribution and confidentiality computing system according to a third embodiment; 入力者装置12のCPU22の機能ブロック図である。3 is a functional block diagram of a CPU 22 of the input person's device 12; FIG. マシン14N0~14Nn-1のCPU22の機能ブロック図である。2 is a functional block diagram of CPUs 22 of machines 14N0 to 14Nn-1; FIG. 変換用乱数生成3のシーケンス図である。FIG. 11 is a sequence diagram of conversion random number generation 3; 変換用乱数生成3’のシーケンス図である。FIG. 10 is a sequence diagram of a conversion random number generator 3'; 分散3のプログラムのフローチャートである。10 is a flow chart of a program for distribution 3; 秘匿積和演算3のプログラムのフローチャートである。10 is a flow chart of a program for secure product-sum operation 3; 第4の実施の形態の構成の秘密情報分散秘匿演算システムの構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a confidential information distribution and confidentiality computing system having a configuration according to a fourth embodiment; 分散4のプログラムのフローチャートである。10 is a flow chart of a program for distribution 4; 積和演算4のプログラムのフローチャートである。10 is a flowchart of a program for sum-of-products operation 4; 演算支援4のプログラムのフローチャートである。4 is a flow chart of a program of computation support 4; 入力者装置12Aの分散5のプログラムのフローチャートである。10 is a flow chart of a program of distribution 5 of the input person's device 12A. 入力者装置12Bの分散5のプログラムのフローチャートである。10 is a flow chart of a program of distribution 5 of the input person's device 12B. 入力者装置12Cの分散5のプログラムのフローチャートである。10 is a flow chart of a program of distribution 5 of the input person's device 12C. 演算支援装置16の分散5のプログラムのフローチャートである。3 is a flow chart of a program of distribution 5 of the arithmetic support device 16. FIG. マシン14NNの分散5のプログラムのフローチャートである。Fig. 10 is a flow chart of the Distributed 5 program of Machine 14NN; 分散5のシーケンス図である。FIG. 10 is a sequence diagram of dispersion 5; 秘匿積和演算5のプログラムのフローチャートである。10 is a flowchart of a program for secure product-sum operation 5; 秘匿積和演算5のプログラムのフローチャートである。10 is a flowchart of a program for secure product-sum operation 5; 演算支援5のプログラムのフローチャートである。4 is a flow chart of a program for computation support 5;

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
< 第1の実施の形態>
まず、第1の実施の形態の構成を説明する。
図1に示すように、第1の実施の形態の秘密情報分散秘匿演算システムは、ネットワーク10を介して相互に接続された、入力者装置12、複数(N個)のマシン14N0~14Nn-1を備えている。マシン14N0~14Nn-1は、ニューラルネットワークマシン(NNマシン)である。なお、以下では、マシン14N0~14Nn-1の各々を、マシン14Niで標記する場合もある。
An example of an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
<First embodiment>
First, the configuration of the first embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, the confidential information distribution and confidentiality computing system of the first embodiment comprises an input person device 12, a plurality of (N) machines 14N0 to 14Nn-1, which are interconnected via a network 10. It has Machines 14N0 to 14Nn-1 are neural network machines (NN machines). Incidentally, hereinafter, each of the machines 14N0 to 14Nn-1 may be indicated by the machine 14Ni.

入力者装置12及びマシン14N0~14Nn-1は、同様の構成になっているので、入力者装置12の構成のみを、図2を参照して説明する。図2に示すように、入力者装置12は、コンピュータを備え、CPU22、ROM24、RAM26、メモリ28、入力装置30、送受信装置32、表示装置34がバス36を介して相互に接続されて、構成されている。入力者装置12及びマシン14N0~14Nn-1のメモリ28には、後述するプログラムが記憶されている。 Since the input person's apparatus 12 and the machines 14N0 to 14Nn-1 have the same configuration, only the configuration of the input person's apparatus 12 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the input person's device 12 includes a computer, a CPU 22, a ROM 24, a RAM 26, a memory 28, an input device 30, a transmission/reception device 32, and a display device 34, which are interconnected via a bus 36. It is A program described later is stored in the memory 28 of the input person apparatus 12 and the machines 14N0 to 14Nn-1.

次に、図3を参照して、入力者装置12のCPU22がプログラムを実行することで実現される機能について説明する。プログラムは、分散機能を備えている。CPU22がこの機能を有するプログラムを実行することで、CPU22は、図3に示すように、分散部42として機能する。なお、上記プログラムは、復元機能を備え、CPU22がこの機能を有するプログラムを実行することで、CPU22は、図示しない復元部として機能する。 Next, with reference to FIG. 3, the functions realized by executing the program by the CPU 22 of the input person's device 12 will be described. The program has distributed functionality. By executing the program having this function, the CPU 22 functions as the distribution unit 42 as shown in FIG. The program has a restoring function, and when the CPU 22 executes the program having this function, the CPU 22 functions as a restoring unit (not shown).

次に、図4を参照して、マシン14N0~14Nn-1の各々のCPU22がプログラムを実行することで実現される機能について説明する。プログラムは、秘匿積和演算機能及び秘匿除算機能を備えている。CPU22がこの機能を有するプログラムを実行することで、CPU22は、図4に示すように、秘匿積和演算部44及び秘匿除算部46として機能する。 Next, with reference to FIG. 4, the functions realized by the CPU 22 of each of the machines 14N0 to 14Nn−1 executing the program will be described. The program has a secret multiply-add operation function and a secret division function. When the CPU 22 executes a program having this function, the CPU 22 functions as a secure sum-of-products operation unit 44 and a secure division unit 46, as shown in FIG.

次に、本実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.

本実施の形態では、秘密分散法を用いる。最初に、秘密分散法を説明する。代表的な秘密分散法であるShamirの(k、n)閾値秘密分散法(以降、Shamir法)は、1つの秘密情報をn個の分散値に変換し、n台のサーバに分散する。Shamir法の特徴は、分散したn個の分散値から、k個の分散値を集めれば、元の秘密情報を復元することができるが、k個未満の情報からは、秘密情報に関する情報を一切得ることができないということである。Shamir法のアルゴリズムを以下に示す。また、秘密分散法を用いた秘匿計算法として以下に示すTUS方式がある。 In this embodiment, a secret sharing method is used. First, the secret sharing method will be explained. Shamir's (k, n) threshold secret sharing method (hereinafter referred to as Shamir method), which is a typical secret sharing method, converts one secret information into n distributed values and distributes them to n servers. A feature of the Shamir method is that if k distributed values are collected from n distributed values, the original secret information can be restored. It means you can't get it. The Shamir method algorithm is shown below. Moreover, there is a TUS method shown below as a secure calculation method using the secret sharing method.

Shamirの(k、n)閾値秘密分散法
(分散処理)
ユーザはs<pかつn<pの条件を満たす任意の素数pを選択する。
Shamir's (k, n) threshold secret sharing method (distributed processing)
The user selects any prime number p that satisfies the conditions s<p and n<p.

ユーザはGF(p)の元からn個のx(i=0、1、2、・・・、n-1)を選び、サーバIDとする。 The user selects n x i (i=0, 1, 2, .

ユーザはGF(p)の元からk-1個の乱数a(l=1、2、・・・、k-1)を選び、以下の分散式を生成する。 The user selects k−1 random numbers a l (l=1, 2, . . . , k−1) from the elements of GF(p) and generates the following variance formula.

=s+a+axi+・・・+ak-1 k-1(modp) W i =s+a 1 x i +a 2 xi 2 + . . . +a k−1 x i k−1 (mod p)

ユーザは上式のxに各サーバIDを代入し、分散値Wを計算し、各サーバSに送信する。 The user substitutes each server ID for x i in the above equation, calculates the variance value Wi , and transmits it to each server Si .

(復元処理)
復元に用いる分散情報をW(i=0、1、2、・・・、k-1)として、その分散情報に対応するサーバIDをxとする。
(restore processing)
Let the shared information used for restoration be W i (i=0, 1, 2, . . . , k−1), and let the server ID corresponding to the shared information be x i .

分散式にxとWを代入し、k個の連立方程式を解いて、元の秘密情報sを復元する。ただし、秘密情報sを復元する際に、ラグランジュの補間公式を使うと便利である。 The original secret information s is restored by substituting x i and W i into the dispersion formula and solving k simultaneous equations. However, when restoring the secret information s, it is convenient to use the Lagrangian interpolation formula.

また、秘密情報をL個に分割し、分散式の係数として含ませるランプ型秘密分散方式も知られている。これによって、分散値の小型化が実現できる。 Also known is a ramp-type secret sharing scheme in which secret information is divided into L pieces and included as coefficients of a distributed formula. This makes it possible to reduce the dispersion value.

TUS方式
従来の秘匿乗算はShamir法による分散値をそのまま用いて乗算するため多項式の次数が変化し、復元に必要な分散値の数が2k-1個に増加する。しかし、以下の文献1で提案されたTUS方式は、秘密情報に乱数を乗じて秘匿化秘密情報を生成し、それを秘密分散する。秘匿乗算を行う際には、秘匿化秘密情報を一時的に復元してスカラー量として扱い、他の分散値と乗算を行う。これにより、乗算した際に多項式の次数は増加しないので、閾値を変化させない秘匿乗算を行うことができる。ただし、秘匿乗算においては秘密情報が漏洩する可能性があるため、秘密情報a、bは0を含まず、乱数も0を含まない(秘匿乗算以外では秘密情報に0を含んでもよい)。TUS方式は秘密分散の処理も含めてすべての秘匿演算はpを法として行われる。
TUS method In the conventional secret multiplication, since the variance values obtained by the Shamir method are used as they are for multiplication, the order of the polynomial changes, and the number of variance values required for restoration increases to 2k-1. However, the TUS method proposed in Document 1 below multiplies secret information by a random number to generate anonymized secret information and secret-shares it. When the concealment multiplication is performed, the concealed secret information is temporarily restored, treated as a scalar quantity, and multiplied with other distributed values. As a result, since the degree of the polynomial does not increase upon multiplication, it is possible to perform confidential multiplication without changing the threshold. However, since secret information may be leaked in secret multiplication, secret information a and b do not contain 0, and random numbers do not contain 0 (secret information may contain 0 except for secret multiplication). In the TUS method, all confidential calculations including secret sharing processing are performed modulo p.

文献1:神宮武志、岩村惠市:“除算を含む四則演算に適応可能な秘密分散法を用いた秘匿計算手法の提案”、信学技報115(122)、51-57、2015-07-02。 Literature 1: Takeshi Jingu, Keiichi Iwamura: “Proposal of secure calculation method using secret sharing method applicable to four arithmetic operations including division”, IEICE Technical Report 115 (122), 51-57, 2015-07- 02.

文献2:青井健、神宮武志、岩村惠市:“n<2k-1における秘匿計算の安全性検討及び非対称秘密分散との応用”、信学技報116(129)、237-243、2016-07-14。 Literature 2: Ken Aoi, Takeshi Jingu, Keiichi Iwamura: “Investigation of Security of Secure Computation with n < 2k-1 and Application to Asymmetric Secret Sharing”, IEICE Technical Report 116 (129), 237-243, 2016- 07-14.

TUS方式の問題点
TUS方式は秘匿加減算と秘匿乗除算が別々に構成され、それら単独であれば安全であることが、上記文献2に示されている。しかし、秘匿乗算と秘匿加算を組み合わせて、f(x)=ab+cのような積和演算を行う場合安全でない。以下に、手順1~5でTUS方式の秘匿乗算abを行い、手順6~10で秘匿加算ab+cを行う場合を示す。なお、秘密情報a、b、cはa、b、c∈Z/pZであり、分散処理および秘匿加算で生成する乱数αj、β、λ、γもαj、βj、λj、γ∈Z/pZである(ただし、乗算において一旦復元されるaと乱数は0ではない)。以下において、
Problems of the TUS Method The TUS method is configured separately for secure addition/subtraction and secure multiplication/division, and it is shown in Document 2 above that security is ensured if they are used alone. However, it is not safe to perform a sum-of-products operation such as f(x)=ab+c by combining secret multiplication and secret addition. The following shows a case where the TUS method of secure multiplication ab is performed in procedures 1 to 5, and the secure addition ab+c is performed in procedures 6 to 10. FIG. Note that secret information a, b, c is a, b, c∈Z/pZ, and random numbers α j , β j , λ j , γ j generated by distributed processing and secret addition are also α j, β j, λ j, γ j ∈ Z/pZ (however, once restored in multiplication, a and the random number are not 0). In the following

Figure 0007240037000001
Figure 0007240037000001

はaに対する分散値を表す。秘密分散の処理も含めてすべての秘匿演算はpを法として行われる。 represents the variance value for a. All confidential operations, including secret sharing processing, are performed modulo p.

(ab+cの秘匿演算)
入力:

Figure 0007240037000002

(secret operation of ab+c)
input:
Figure 0007240037000002

出力:

Figure 0007240037000003

output:
Figure 0007240037000003

手順1:サーバSはk台のサーバより

Figure 0007240037000004


を収集し、一時的にαaのスカラー量を復元し、全サーバSに送信する。 Step 1: Server S 0 is from k servers
Figure 0007240037000004


, temporarily restore the scalar quantity of αa, and send it to all servers S i .

手順2:全サーバSは以下の式を用いて、

Figure 0007240037000005


を計算する。
Figure 0007240037000006

Step 2: All servers S i use the following formula to
Figure 0007240037000005


to calculate
Figure 0007240037000006

手順3:k台のサーバS

Figure 0007240037000007



Figure 0007240037000008


を収集し、αとβを復元し、αβを計算する。 Step 3: k servers S j
Figure 0007240037000007


and
Figure 0007240037000008


, recover α j and β j , and compute α j β j .

手順4:k台のサーバSは乱数αβをShamirの(k、n)閾値秘密分散法で全サーバSに分散する。 Procedure 4: k servers S j distribute random numbers α j β j to all servers S i by Shamir's (k, n) threshold secret sharing method.

手順5:サーバS(i=0、1、2、・・・、n-1)は秘密情報abに関する分散情報として

Figure 0007240037000009


を保持する。 Procedure 5: Server S i (i=0, 1, 2, . . . , n−1) distributes secret information ab as distributed information
Figure 0007240037000009


hold.

手順6:k台のサーバS

Figure 0007240037000010



Figure 0007240037000011


を収集し、αβとλを復元する。それから、k台のサーバSは乱数γを生成し、サーバSにγ/αβ、γ/λを送信する。 Step 6: k servers S j
Figure 0007240037000010


and
Figure 0007240037000011


and recover α j β j and λ j . Then, k servers S j generate random numbers γ j and send γ jj β j , γ jj to server S 0 .

手順7:サーバSはγ/αβ、γ/λを用いて、以下の式よりγ/αβ、γ/λを計算し、全サーバSに送信する。

Figure 0007240037000012

Step 7: The server S 0 uses γ jj β j and γ jj to calculate γ/αβ and γ/λ from the following formulas, and transmits them to all the servers Si .
Figure 0007240037000012

手順8:全サーバSは以下の式を用いて、

Figure 0007240037000013


を計算する。
Figure 0007240037000014

Step 8: All servers S i use the following formula to
Figure 0007240037000013


to calculate
Figure 0007240037000014

手順9:k台のサーバSは乱数γをShamirの(k、n)閾値秘密分散法で全サーバSに分散する。 Procedure 9: k servers S j distribute the random number γ j to all servers S i by Shamir's (k, n) threshold secret sharing method.

手順10:サーバS(i=0、1、2、・・・、n-1)は秘密情報ab+cに関する分散情報として

Figure 0007240037000015

Figure 0007240037000016


を保持する。 Procedure 10: Server S i (i=0, 1, 2, . . . , n−1) distributes secret information ab+c as distributed information
Figure 0007240037000015

Figure 0007240037000016


hold.

(復号処理)
手順a:復元者はK台のサーバよりk個の分散情報[ab+c]を収集する。
(Decryption processing)
Procedure a: The restorer collects k pieces of distributed information [ab+c] j from K servers.

手順b:収集した分散情報の

Figure 0007240037000017


からγ(ab+c)、γ0、・・・、γk-1を復元し、乱数
Figure 0007240037000018


を計算する。 Step b: Collected distributed information
Figure 0007240037000017


restore γ(ab+c), γ 0, . . . , γ k−1 from the random number
Figure 0007240037000018


to calculate

手順c:復元した秘匿した秘密情報γ(ab+c)と乱数γを用いて、以下の式より秘密情報ab+cを復元する。
γ(ab+c)×γ-1=ab+c
Procedure c: Using the restored secret information γ(ab+c) and the random number γ, restore the secret information ab+c from the following equation.
γ(ab+c)×γ −1 =ab+c

積和演算は3入力1出力の演算であるため、入力者は3人、出力者は1人想定される。ここで、攻撃者として復元者かつ1つの値の入力者である場合を考える。例えば、攻撃者が秘密情報bの入力者かつ復元者である場合、攻撃者は入力者が入力した秘密情報b、乱数β、演算結果を復元するための乱数γ、演算結果ab+cおよびk-1台のサーバから漏洩するαa、γ/αβ、γ/λの情報を持っている。攻撃者は乱数β、γ、γ/αβの情報を用いて、乱数αを求めることができる。攻撃者は求めた乱数αと演算途中に得られるαaより秘密情報aを計算することができる。それから、攻撃者は秘密情報a、bと演算結果ab+cを用いて、秘密情報cを知ることができる。これによって、攻撃者は入力者Bの入力情報、復元者の持つ情報およびk-1台のサーバから漏洩する情報を持っていれば、残りの入力者の情報が漏洩してしまうという問題がある。 Since the sum-of-products operation is a three-input one-output operation, it is assumed that there are three input persons and one output person. Here, consider a case where the attacker is a restorer and an inputter of one value. For example, if an attacker is an input person and a restorer of secret information b, the attacker receives the secret information b input by the input person, a random number β, a random number γ for restoring the calculation result, the calculation results ab+c and k−1 It has information on αa, γ/αβ, and γ/λ leaked from servers. An attacker can obtain the random number α using the information on the random numbers β, γ, and γ/αβ. The attacker can calculate the secret information a from the obtained random number α and αa obtained during the calculation. Then, the attacker can learn the secret information c by using the secret information a, b and the operation result ab+c. As a result, if the attacker has the input information of the input person B, the information held by the restorer, and the information leaked from the k-1 servers, the remaining input person's information will be leaked. .

一般に、ビッグデータなどに対する秘匿計算においては、秘密情報の入力者は複数存在し、秘匿演算結果を復元する復元者も入力者と異なる、または入力者と一部同一であり、その利害は他者と対立すると想定する。それに対して、NNでは入力者はある問題を解こうとする1名または同一組織(以降、入力者と呼ぶ)であることが多く、入力者は多くの学習データを準備して、すべての秘密情報と演算結果を知る。ここでは、入力者がNNマシン及びNNマシンを監視できる攻撃者に対して入力および解こうとする問題を秘匿したい場合を想定する。秘密分散を用いる場合、最小n=2であるが、以降ではn=1をめざし、n=1、2の場合に対して有効な秘匿計算法を提案する。 Generally, in secure computation for big data, etc., there are multiple people who input confidential information, and the restorer who restores the results of secure computation is different from the input person, or partially the same as the input person, and the interests are other people. assumed to be in conflict with On the other hand, in NN, the input person is often one person or the same organization (hereinafter referred to as the input person) who is trying to solve a certain problem, and the input person prepares a lot of learning data, and all the secrets Know the information and the result of the operation. Here, it is assumed that the input person wants to keep the input and the problem to be solved confidential from the NN machine and an attacker who can monitor the NN machine. When secret sharing is used, the minimum n=2, but in the following, we will aim at n=1 and propose an effective secure calculation method for n=1 and 2 cases.

まず、秘密分散を用いてNNマシンで問題を解こうとする場合、TUS方式以外では最小閾値であるn=k=2としたくても秘匿乗算が含まれれば、nに相当するNNマシンは3台以上必要とすることが知られている。また、TUS方式では安全な積和演算が実現できない。 First, when trying to solve a problem with an NN machine using secret sharing, even if the minimum threshold value of n = k = 2 is used other than the TUS method, if confidential multiplication is included, the number of NN machines corresponding to n is 3. It is known to require more than one unit. In addition, the TUS method cannot realize a safe sum-of-products operation.

そこで、第1の実施の形態として、入力者及び復元者を同一の1名として、最小2台のNNマシンで秘匿計算を実現する場合を考える。この場合、入力者及び復元者が異なり利害が対立するとするTUS方式を上記状況に合わせて効率化することと、入力される情報に0が含まれないとは保証されないため、TUS方式では対応できなかった秘密情報に0を含む積和演算を実現することが課題となる。 Therefore, as a first embodiment, consider a case where the input person and the restorer are the same person, and at least two NN machines realize secure computation. In this case, the TUS method, in which the input person and the restorer are different and have conflicting interests, should be streamlined according to the above situation, and it is not guaranteed that the input information does not contain 0, so the TUS method cannot handle it. The problem is to realize a sum-of-products operation that includes 0 in the secret information that was not there before.

四則演算は積和演算ab+cの組み合わせで実現できる。TUS方式では積和演算を安全に実行できなかったが、秘匿積和演算を安全に実現できれば、任意の四則演算はその組み合わせによって実現される。ただし、本実施の形態では一人の入力者が全秘密情報a、b、cを入力するとする。また、以下ではn台のNNマシンを例に説明するが、最小にしたい場合n=k=2とできる。また、前記TUS方式では秘密情報に直接乱数をかけて分散したため、秘匿乗算においてαaをスカラー量として復元したとき、秘密情報がa=0の場合、αa=0となるため秘密情報に0を含むことができなかった。また、秘匿加算ではαaを復元しないため、a=0であってもよいが、そのためαaは必ず秘密分散しておく必要があり、αを構成する乱数α0、α1、・・・、αk-1を含む全情報は全て秘密分散しておく必要があった。よって、その全秘密情報の分散及び復元に大きな手間が生じた。以下では秘密情報に直接乱数をかけるだけで分散せず、秘密情報aに1を加えることから、a=0であってもα(a+1)=0とならない。そのためα(a+1)を分散することなくそのまま配布することができる。また、入力者は全ての秘密を知るためαを直接使用できる。すなわち、α0、α1、・・・、αk-1などに分解する必要がなく、これによって秘密分散に関する手間を大きく効率化できる。 The four arithmetic operations can be realized by a combination of sum-of-products operations ab+c. In the TUS method, the sum-of-products operation could not be executed safely, but if the secure sum-of-products operation could be safely realized, any four arithmetic operations could be realized by combining them. However, in this embodiment, it is assumed that one input person inputs all the confidential information a, b, and c. In the following, n NN machines will be described as an example, but n=k=2 can be used to minimize the number of NN machines. In the TUS method, the secret information is directly multiplied by a random number and distributed. Therefore, when αa is restored as a scalar quantity in the secret multiplication, when the secret information is a=0, αa=0, so the secret information includes 0. I couldn't. In addition, since αa is not restored in the secret addition, a=0 may be set, but αa must be secret-sharing. All information, including Therefore, a great deal of time and effort was required to distribute and restore all the secret information. In the following, the secret information is simply multiplied by a random number without being dispersed, and 1 is added to the secret information a. Therefore, α(a+1) can be distributed as it is without being distributed. Also, the input person can use α directly to know all the secrets. That is, there is no need to decompose into α0, α1, .

以下において、秘密情報a、b、cは1を加えるためa、b、c<p-1であり、生成する乱数α、β、γ、δはα、β、γ、δ∈Z/pZである(ただし、乱数として0は選択されない)。また、秘密分散の処理も含めてすべての演算はpを法として行われる。また、以下の記号を定義する。また、値を公開するとは秘匿演算を行う全マシンにその値を送ることを意味する。 In the following, the secret information a, b, c is a, b, c<p−1 to add 1, and the generated random numbers α, β, γ, δ are α, β, γ, δ∈Z/pZ (however, 0 is not selected as a random number). In addition, all calculations including secret sharing processing are performed modulo p. Also, the following symbols are defined. Also, to publish a value means to send that value to all machines that perform confidential operations.

(記号定義)
[a]iは、マシン14Niが保持する値aに対する分散値を示す。
(symbol definition)
[a]i indicates the variance value for the value a held by the machine 14Ni.

[分散1]
次に、図5を参照して、入力者装置12のCPU22における分散部42が実行する分散1を説明する。
[Dispersion 1]
Next, distribution 1 executed by the distribution unit 42 in the CPU 22 of the input person's device 12 will be described with reference to FIG.

ステップ52で、分散部42は、乱数α、β、γを生成する。なお、乱数α、β、γは、真正乱数でも疑似乱数でもよい。以下の各乱数も同様である。 At step 52, the distribution unit 42 generates random numbers α, β, γ. The random numbers α, β, and γ may be true random numbers or pseudorandom numbers. The same applies to each random number below.

ステップ54で、分散部42は、α(a+1)、β(b+1)、γ(c+1)を、次のように計算する。 At step 54, the distribution unit 42 calculates α(a+1), β(b+1), γ(c+1) as follows.

α(a+1)=α×(a+1)
β(b+1)=β×(b+1)
γ(c+1)=γ×(c+1)
α(a+1)=α×(a+1)
β(b+1)=β×(b+1)
γ(c+1)=γ×(c+1)

ステップ56で、分散部42は、α(a+1)、β(b+1)、γ(c+1)を、全マシン14N0~14Nn-1に送信する。 At step 56, the distribution unit 42 transmits α(a+1), β(b+1), γ(c+1) to all machines 14N0 to 14Nn-1.

ステップ58で、分散部42は、乱数δを生成し、ステップ60で、分散部42は、δ/αβ、δ/α、δ/β、δ/γ、δを計算し、ステップ62で、分散部42は、その秘密分散の分散値[δ/αβ]、[δ/α]、[δ/β]、[δ/γ]、[δ]を計算する(i=0,・・・,k-1)。 At step 58, the distributing unit 42 generates a random number δ, at step 60, the distributing unit 42 calculates δ/αβ, δ/α, δ/β, δ/γ, δ, and at step 62, the variance The unit 42 calculates the secret sharing values [δ/αβ] i , [δ/α] i , [δ/β] i , [δ/γ] i , [δ] i (i=0, , k−1).

ステップ64で、分散部42は、分散値[δ/αβ]、[δ/α]、[δ/β]、[δ/γ]、[δ]を、対応するマシン14N0~14Nn-1中のマシン14Niに送信する。 At step 64, the distribution unit 42 distributes the distributed values [δ/αβ] i , [δ/α] i , [δ/β] i , [δ/γ] i , [δ] i to the corresponding machines 14N0 to Send to machine 14Ni in 14Nn-1.

なお、入力者装置12のCPU22における分散部42はδを入力者装置12のメモリ28に保存する。 Note that the distribution unit 42 in the CPU 22 of the input person's apparatus 12 stores δ in the memory 28 of the input person's apparatus 12 .

[秘匿積和演算1]
次に、図6を参照して、マシン14N0~14Nn-1の予め定められたk台以上のマシン(マシン14Ni(i=0,・・・,k-1)のCPU22における秘匿積和演算部44が実行する秘匿積和演算1を説明する。
ステップ72で、秘匿積和演算部44は、以下を計算する。
[δ(ab+c+1)]=α(a+1)×β(b+1)×[δ/αβ]-α(a+1)×[δ/α]-β(b+1)×[δ/β]+γ(c+1)×[δ/γ]+[δ]
[Confidential multiply-add operation 1]
Next, referring to FIG. 6, the secret sum-of-products operation unit in the CPU 22 of a predetermined k or more machines 14N0 to 14Nn-1 (machine 14Ni (i = 0, ..., k-1)) The secure multiply-add operation 1 executed by 44 will be described.
At step 72, the secure sum-of-products operation unit 44 calculates the following.
[δ (ab + c + 1)] i = α (a + 1) x β (b + 1) x [δ / α β] i - α (a + 1) x [δ / α] i - β (b + 1) x [δ / β] i + γ ( c+1)×[δ/γ] i +[δ] i

ステップ74で、秘匿積和演算部44は、予め定められたk台以上のマシンが協力してδ(ab+c+1)を復元する。 At step 74, the secure sum-of-products operation unit 44 restores δ(ab+c+1) with the cooperation of k or more predetermined machines.

ステップ76で、秘匿積和演算部44は、δ(ab+c+1)を各マシン14N0~14Nn-1のメモリ28に保存する。 At step 76, the secure sum-of-products operation unit 44 stores δ(ab+c+1) in the memory 28 of each of the machines 14N0 to 14Nn−1.

入力者が計算結果を得る場合、入力者装置12は、δ(ab+c+1)をどれかのマシンから得て、保存しているδで割って1を引くことによって積和演算結果であるab+cを得る。もしくは、[δ]を集めて復元し、δで割って1を引く。また、分散1では1を加えるが、加える値は1に限定されず、その他の値、例えば、2であれば下記を積和演算として計算すればよい。 When the input person obtains the calculation result, the input person device 12 obtains δ(ab+c+1) from any machine, divides it by the stored δ and subtracts 1, thereby obtaining ab+c, which is the result of the sum-of-products operation. . Alternatively, collect [δ] i to restore, divide by δ and subtract 1. Also, although 1 is added to a variance of 1, the value to be added is not limited to 1, and other values, such as 2, may be calculated using the following sum-of-products operation.

[δ(ab+c+2)]=α(a+2)×β(b+2)×[δ/αβ]-2α(a+2)×[δ/α]-2β(b+2)×[δ/β]+γ(c+2)×[δ/γ]+4[δ] [δ(ab+c+2)] i = α(a+2)×β(b+2)×[δ/αβ] i −2α(a+2)×[δ/α] i −2β(b+2)×[δ/β] i +γ( c+2)×[δ/γ] i +4[δ] i

その他の値は、例えば、-1、-2に相当するZ/pZ上の値でもよい。入力者装置12は、δ(ab+c-1)を保存しているδで割って、1(または2等)を加えることによって積和演算結果であるab+cを得るようにしてもよい。 Other values may be values on Z/pZ corresponding to -1, -2, for example. The input person's device 12 may divide δ(ab+c−1) by the stored δ and add 1 (or 2, etc.) to obtain the sum-of-products operation result, ab+c.

また、秘匿積和演算1においてc=0とすれば秘匿乗算となり、a=1とすれば秘匿加算となる。また、図6のステップ72の+γ(c+1)を-γ(c+1)とすれば秘匿減算となる。秘匿積和演算1では公開されたα(a+1),β(b+1),γ(c+1)以外のステップ72における秘匿積和演算に必要な情報は分散され、入力者装置12以外知らないため、攻撃者は公開された情報以外知ることができず情報理論的に安全である。 In addition, if c=0 in the secure sum-of-products operation 1, it becomes a secure multiplication, and if a=1, it becomes a secure addition. Also, if +γ(c+1) in step 72 of FIG. 6 is set to −γ(c+1), the secret subtraction is obtained. In the secret sum-of-products calculation 1, the information necessary for the secret sum-of-products calculation in step 72 other than the disclosed α(a+1), β(b+1), and γ(c+1) is distributed, and only the input person's device 12 knows it. It is information-theoretically safe because people cannot know anything other than the information that has been made public.

[秘密分散1] [Secret Sharing 1]

また、秘匿除算は以下のように行う。図7には、秘匿除算のための、入力者装置12のCPU22における分散部42が実行する秘密分散1のフローチャートが示されている。 Also, the secret division is performed as follows. FIG. 7 shows a flowchart of secret sharing 1 executed by the distributing unit 42 in the CPU 22 of the input person's device 12 for secret division.

ステップ82で、分散部42は、乱数α′を生成し、ステップ84で、分散部42は、α′/αを計算する。 At step 82, the distributing unit 42 generates a random number α', and at step 84, the distributing unit 42 calculates α'/α.

ステップ86で、分散部42は、α′/αの秘密分散の分散値とα′の秘密分散値とを計算する。 At step 86, the distribution unit 42 calculates the secret sharing value of α'/α and the secret sharing value of α'.

ステップ88で、分散部42は、α′/αの秘密分散の分散値とα′の秘密分散値とを、対応するマシン14Niに送信する。 At step 88, the distribution unit 42 transmits the secret sharing value of α'/α and the secret sharing value of α' to the corresponding machine 14Ni.

[秘匿除算1]
図8には、マシン14N0~14Nn-1の各々のCPU22における秘匿除算部46が実行する秘匿除算1のフローチャートが示されている。
[Secret division 1]
FIG. 8 shows a flowchart of the secret division calculation 1 executed by the secret division section 46 in the CPU 22 of each of the machines 14N0 to 14Nn-1.

ステップ92で、秘匿除算部46は、以下を計算する。
[α’a]=α(a+1)×[α′/α]-[α′]
At step 92, the secure division unit 46 calculates:
[α′a] i =α(a+1)×[α′/α] i −[α′] i

ステップ94で、秘匿除算部46は、他のマシンと協力して[α′a]iを復元する。 At step 94, the secure division unit 46 cooperates with other machines to restore [α'a]i.

ステップ96で、秘匿除算部46は、α′a=0であるか否かを判断する。α′a=0であれば、秘匿除算1は終了する。 At step 96, the confidential division unit 46 determines whether or not α'a=0. If α'a=0, the secret division 1 ends.

α′a=0でなければ、ステップ98で、秘匿除算部46は、1/α′aを計算する、 If α'a=0 is not true, at step 98, the secure division unit 46 calculates 1/α'a.

ステップ100で、秘匿除算部46は、1/α′aをα(a+1)として秘匿積和演算1のために秘匿積和演算部44に送る。これにより、秘匿積和演算部44により、乗算を除算に変えた結果が得られる。ただし、秘匿積和演算1のステップ72における-β(b+1)×[δ/β]の計算は1/α′aに1が足されていないため省略される。 At step 100 , the secure division unit 46 sends 1/α′a as α(a+1) to the secure sum-of-products operation unit 44 for secure sum-of-products operation 1 . As a result, the secret sum-of-products operation unit 44 obtains a result obtained by changing the multiplication to the division. However, the calculation of -β(b+1)×[δ/β] i in step 72 of the secure sum-of-products operation 1 is omitted because 1/α'a is not added to 1.

上記秘匿除算においてα′a=0である場合、a=0であることが漏洩するが、除数が0の場合演算できず、それを検知して演算を中止する必要があるので、除算において除数が0であることがわかるのは問題ない。よって、入力者があらかじめ[α′a]を生成しておき、必要な時に入力してもよい。 When α′a=0 in the above secret division, the fact that a=0 is leaked out. There is no problem in knowing that is 0. Therefore, the input person may generate [α'a] i in advance and input it when necessary.

演算を連続する場合、復元したδ(ab+c+1)を、α(a+1)、β(b+1)、γ(c+1)の1つとし、同様の演算によって計算された他の秘匿演算結果をα(a+1)、β(b+1)、γ(c+1)の残りとすればよい。また、新たにδを生成し、α、β、γとなった乱数に対してδ/αβ、δ/α、δ/β、δ/γ、δを計算すればよい。 In the case of continuous operations, the restored δ(ab+c+1) is one of α(a+1), β(b+1), and γ(c+1), and other confidential operation results calculated by similar operations are α(a+1). , β(b+1), and γ(c+1). Alternatively, δ may be newly generated, and δ/αβ, δ/α, δ/β, δ/γ, δ may be calculated for the random numbers α, β, and γ.

また、以上によって入力を秘匿することができるが、四則演算は積和演算の組み合わせで表せることから、解きたい問題をダミーの積和演算(a=b=c=0とすれば加算用のダミー積和演算処理となり、a=b=0、c=1とすれば乗算用のダミー積和演算処理となる)を含めて定型の秘匿積和演算の繰り返しで表すことにより、解こうとする問題も秘匿することができる。 In addition, the input can be concealed by the above, but since the four arithmetic operations can be expressed by combining product-sum operations, the problem to be solved is a dummy product-sum operation (if a = b = c = 0, a dummy for addition The problem to be solved by repeating the fixed secret product-sum operation including the product-sum operation processing, and if a = b = 0 and c = 1, it becomes a dummy product-sum operation processing for multiplication. can also be hidden.

また、入力者装置12のCPU22における分散部42は、演算を繰り返す場合、分散1(図5参照)において、新たにδを生成し新たにα、β、γとなった乱数に対してδ/αβ、δ/α、δ/β、δ/γ、δを計算するが、演算手順が予め分かっている場合、予め計算しておくこともできる。 Further, when repeating the calculation, the distribution unit 42 in the CPU 22 of the input person's device 12 newly generates δ in the distribution 1 (see FIG. 5), and δ/ αβ, δ/α, δ/β, δ/γ, and δ are calculated, but if the calculation procedure is known in advance, they can be calculated in advance.

ただし、この場合、分散部42が演算手順に応じて予め計算しておく必要があり、分散部42の負担が大きい可能性がある。よって、分散部42の負担を減らしたい場合、以下によって分散部42は乱数を生成して分散するだけでよく、以降の処理はマシン14N0~14Nn-1だけで実行できる。以下では、n=kとしてn台のマシンの中から演算を行うマシン14Niは定まっているとし、αを構成する乱数を直接マシンに送付する場合を説明する。分散1’と秘匿積和演算1’が連続して行われず、演算を行うマシン14Niが定まっていない場合は、α、β、γ(i=0、・・・、k-1)などをn台のマシンに秘密分散し、秘匿演算時に演算に参加するマシンがその中から対応する乱数のk個の分散値を集めて復元してもよい。 However, in this case, the distributing unit 42 needs to perform calculations in advance according to the calculation procedure, which may impose a heavy burden on the distributing unit 42 . Therefore, when it is desired to reduce the load on the distribution unit 42, the distribution unit 42 only needs to generate and distribute random numbers as follows, and the subsequent processing can be executed only by the machines 14N0 to 14Nn-1. In the following description, it is assumed that the machine 14Ni that performs the operation is fixed among the n machines with n=k, and the random numbers forming α are sent directly to the machine. If the variance 1' and the secret product-sum operation 1' are not performed consecutively and the machine 14Ni that performs the operation is not determined, α i , β i , γ i (i=0, . . . , k−1) etc. may be secret-shared among n machines, and the machines participating in the computation at the time of confidential computation may collect and restore k distributed values of the corresponding random numbers from among them.

[分散1′]
次に、上記の場合において入力者装置12のCPU22における分散部42が実行する分散1′を、図9を参照して説明する。
[Dispersion 1′]
Next, distribution 1' executed by the distribution section 42 in the CPU 22 of the input person's device 12 in the above case will be described with reference to FIG.

ステップ102で、分散部42は、k個の乱数の組α、α、・・・、αk-1及びβ、β、・・・、βk-1、γ、γ、・・・、γk-1を生成する。 At step 102, the distribution unit 42 generates k random number sets α 0 , α 1 , . , . . . , γ k−1 .

ステップ104で、分散部42は、以下を計算する。 At step 104, distribution unit 42 calculates:

まず、分散部42は、α=α×α×・・・×αk-1を計算し、α(a+1)=α×(a+1)を計算する。 First, the distribution unit 42 calculates α=α 0 ×α 1 × . . . ×α k−1 and calculates α(a+1)=α×(a+1).

分散部42は、β=β×β×・・・×βk-1を計算し、β(b+1)=β×(b+1)を計算する。 The distribution unit 42 calculates β=β 0 ×β 1 × . . . ×β k−1 and β(b+1)=β×(b+1).

分散部42は、γ=γ×γ×・・・×γk-1を計算し、γ(c+1)=γ×(c+1)を計算する。 The distribution unit 42 calculates γ=γ 0 ×γ 1 × . . . ×γ k−1 and γ(c+1)=γ×(c+1).

ステップ106で、分散部42は、α(a+1)、β(b+1)、γ(c+1)を、全マシン14N0~14Nn-1に送信する。 At step 106, distribution unit 42 transmits α(a+1), β(b+1), γ(c+1) to all machines 14N0 to 14Nn−1.

ステップ110で、分散部42は、αi、βi、γi(i=0、・・・、k-1)を、対応するマシン14Niに送信する。 At step 110, the distribution unit 42 transmits αi, βi, γi (i=0, . . . , k−1) to the corresponding machines 14Ni.

ステップ112で、分散部42は、k個の乱数の組ε、ε、・・・、εk-1及びφ、φ、・・・、φk-1、λ、λ、・・・、λk-1、η、η、・・・、ηk-1、μ、μ、・・・、μk-1を生成する。 At step 112, distribution unit 42 generates k random number sets ε 0 , ε 1 , . , λ k-1 , η 0 , η 1 , . . . η k-1 , μ 0 , μ 1 , .

ステップ114で、分散部42は、以下を計算する。 At step 114, distribution unit 42 calculates:

ε=ε×ε×・・・×εk-1
φ=φ×φ×・・・×φk-1
λ=λ×λ×・・・×λk-1
η=η×η×・・・×ηk-1
μ=μ×μ×・・・×μk-1
ステップ116で、分散部42は、ε、φ、λ、η、μの分散値[ε]、[φ]、[λ]、[η]、[μ]を計算する。
ε=ε 0 ×ε 1 × . . . ×ε k−1
φ=φ 0 ×φ 1 ×・・・×φ k−1
λ=λ 0 ×λ 1 × . . . ×λ k−1
η = η 0 × η 1 × … × η k-1
μ=μ 0 ×μ 1 ×・・・×μ k−1
At step 116, the distribution unit 42 calculates the variance values [ε] i , [φ] i , [λ] i , [η] i , [μ ] i of ε, φ, λ, η, and μ.

ステップ118で、分散部42は、分散値[ε]、[φ]、[λ]、[η]、[μ]とε、φ、λ、η、μを、対応するマシンに送信する。 At step 118, the distribution unit 42 divides the variance values [ε] i , [φ] i , [λ] i , [η] i , [μ] i and ε i , φ i , λ i , η i , μ i to the corresponding machine.

[秘匿積和演算1’]
次に、マシン14N0~14Nn-1の各々のCPU22における秘匿積和演算部44が実行する秘匿積和演算1’を、図10を参照して、説明する。
[Confidential multiply-add operation 1']
Next, the secure sum-of-products operation 1' executed by the secure sum-of-products operation unit 44 in the CPU 22 of each of the machines 14N0 to 14Nn-1 will be described with reference to FIG.

ステップ122で、秘匿積和演算部44は、乱数δを生成する。 At step 122, the secure sum-of-products operation unit 44 generates a random number δi .

ステップ124で、秘匿積和演算部44は、δ/αβε、δ/αφ、δ/βλi、δ/γη、δμを計算する。 In step 124, the secure sum-of-products operation unit 44 calculates δi / αiβiεi , δi / αiφi , δi / βiλi , δi / γiηi , δiμi to calculate

ステップ126で、秘匿積和演算部44は、δ/αβε、δ/αφ、δ/βλi、δ/γη、δμを、予め定められたマシン14N0に送信する(n=k=2のとき、2台のマシン間で互いに交換してもよい)。 At step 126, the secure sum-of-products operation unit 44 calculates δi / αiβiεi , δi / αiφi , δi / βiλi , δi / γiηi , δiμi to a predetermined machine 14N0 (may be exchanged between two machines when n=k=2).

図11に示すように、予め定められたマシン14N0のCPU22における秘匿積和演算部44は、ステップ142で、以下のδ/αβε、δ/αφ、δ/βλ、δ/γη、μを計算し、ステップ146で、ステップ142で当該計算された各値を、全マシンに送信する(ステップ126で互いに値を交換した場合、図11の処理は不要で、全マシンがδ/αβε、δ/αφ、δ/βλ、δ/γη、μを計算する。すなわち、ステップ128は「δ/αβε、δ/αφ、δ/βλ、δ/γη、μを計算」に変更される)。 As shown in FIG. 11, in step 142, the secret sum-of-products operation unit 44 in the CPU 22 of the predetermined machine 14N0 calculates the following δ/αβε, δ/αφ, δ/βλ, δ/γη, μ , in step 146, each value calculated in step 142 is transmitted to all machines (if the values are exchanged with each other in step 126, the processing of FIG. 11 is unnecessary, and all machines can obtain δ/αβε, δ/αφ , .delta./.beta..lambda., .delta./.gamma..eta., .mu.. That is, step 128 is changed to ``compute .delta./.alpha..beta..epsilon., .delta./.alpha..phi., .delta./.beta.

Figure 0007240037000019
Figure 0007240037000019

Figure 0007240037000020
Figure 0007240037000020

なお、「φ」と

Figure 0007240037000021


とは同じである。 In addition, "φ" and
Figure 0007240037000021


is the same as

ステップ128で、秘匿積和演算部44は、予め定められたマシン14N0から送信されたδ/αβε、δ/αφ、δ/βλ、δ/γη、μを受信する。 At step 128, the secure sum-of-products operation unit 44 receives δ/αβε, δ/αφ, δ/βλ, δ/γη, μ transmitted from the predetermined machine 14N0.

ステップ130で、秘匿積和演算部44は、以下を計算する。
[αβε(a+1)(b+1)]=α(a+1)×β(b+1)×[ε]
[αφ(a+1)]=α(a+1)×[φ]、[βλ(b+1)]=β(b+1)×[λ]、[γη(c+1)]=γ(c+1)×[η]
At step 130, the secure sum-of-products operation unit 44 calculates the following.
[αβε(a+1)(b+1)] i =α(a+1)×β(b+1)×[ε] i
[αφ(a+1)] i =α(a+1)×[φ] i , [βλ(b+1)] i =β(b+1)×[λ] i , [γη(c+1)] i =γ(c+1)×[ η] i

ステップ132で、秘匿積和演算部44は、以下を計算する。
[δ(ab+c+1)]=δ/αβε×[αβε(a+1)(b+1)]-δ/αφ×[αφ(a+1)]-δ/βλ×[βλ(b+1)]+δ/γη×[γη(c+1)]+δ/μ×[μ]
At step 132, the secure sum-of-products operation unit 44 calculates the following.
[δ(ab+c+1)] i = δ/αβε×[αβε(a+1)(b+1)] i −δ/αφ×[αφ(a+1)] i −δ/βλ×[βλ(b+1)] i +δ/γη× [γη(c+1)] i + δ/μ×[μ] i

分散1’におけるステップ112~118で生成され各マシンに送付される([ε]i、εi)、([φ]i、φi)、([λ]i、λi)、([η]i、ηi)、([μ]i、μi)は後述するように変換用乱数と呼ぶが、入力者装置が必ず生成する必要はなく、第3の実施の形態に示されるようにマシン間または他のマシンによって生成されてもよい。また、([ε]i、εi)、([φ]i、φi)、([λ]i、λi)、([η]i、ηi)、([μ]i、μi)は予め準備されているとしてもよい。秘匿積和演算1’では次のα,β,γに相当するδは演算中に分散され、新たなδも演算中にマシン14N0~14Nn-1が生成するため、演算途中で分散部42の処理がなくても演算継続できる。 ([ε] i , ε i ), ([φ] i , φ i ), ([λ] i , λ i ), ([η ] i , η i ) and ([μ] i , μ i ) are referred to as conversion random numbers as will be described later. It may be generated between machines or by other machines. Also, ([ε] i , ε i ), ([φ] i , φ i ), ([λ] i , λ i ), ([η] i , η i ), ([μ] i , μ i ) may be prepared in advance. In the secret sum-of-products operation 1′, δ corresponding to the following α, β, γ is distributed during the operation, and new δ is also generated by the machines 14N0 to 14Nn−1 during the operation. Calculation can be continued without processing.

近年、NNマシンを公開して自由に利用できるようにする動きが広がっている。このようなパブリックのNNマシンが2台あったとき、第1の実施の形態によって全NNマシンの情報が漏洩しない限り安全であり、準備するNNマシンも2台で済むという従来法では実現できない利点を実現できる。また、TUS方式では安全にできなかった積和演算の定型の組み合わせによって解いている問題も秘匿しながら、効率的に秘匿演算結果を得ることができる。また、入力者装置が復元者装置であり、すべての情報を知るため多くの処理を効率化できる。これによって、個人または同一組織が自分の秘密情報及び解こうとする問題をNNマシンまたは攻撃者に漏らすことなく、公開されたNNマシンを利用して望む秘匿演算を実行できるようになる。 In recent years, there has been a growing movement to make NN machines open to the public for free use. When there are two such public NN machines, the first embodiment is safe as long as the information of all the NN machines is not leaked, and only two NN machines are prepared, which is an advantage that cannot be realized by the conventional method. can be realized. In addition, it is possible to efficiently obtain a secret operation result while concealing a problem solved by a fixed combination of sum-of-products operations, which cannot be done safely in the TUS method. In addition, since the input person's device is the restorer's device and all information is known, the efficiency of many processes can be improved. This allows an individual or the same organization to utilize a public NN machine to perform any desired hidden operation without revealing their secret information and the problem they are trying to solve to the NN machine or an attacker.

<第2の実施の形態>
第2の実施の形態の秘密情報分散秘匿演算システムは、第1の実施の形態と同様の構成であるので、同様の構成部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。ただし、入力者装置12は、演算支援装置でもある。
<Second Embodiment>
Since the secret information sharing and confidentiality computing system of the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, the same constituent parts are denoted by the same reference numerals, and the explanation thereof is omitted. However, the input person's device 12 is also a calculation support device.

また、第2の実施の形態では、マシン14N0~14Nn-1の内の予め定められた1台のマシン14NNが秘匿演算を行う。 Further, in the second embodiment, one predetermined machine 14NN among the machines 14N0 to 14Nn-1 performs the secure operation.

秘密分散法においては、秘密情報の分散数と演算を行うマシン数は同じである。本実施の形態においては、演算を行うマシン数と秘密分散における分散数が異なるため、演算を行うマシン数をN(本実施の形態では1)台とし、秘密分散に関する分散数と閾値はn及びkで表現する(n,kは任意の数を選択できるが、以下では説明を簡単にするため最小値のn=k=2とする)。 In the secret sharing method, the number of secret information to be distributed is the same as the number of machines performing calculations. In the present embodiment, since the number of machines that perform calculations and the number of shares in secret sharing are different, the number of machines that perform calculations is N (1 in this embodiment), and the number of shares and the threshold for secret sharing are n and It is represented by k (although n and k can be arbitrary numbers, the minimum value of n=k=2 is assumed below for the sake of simplicity of explanation).

秘密分散を用いた秘匿演算を1台のマシン14NNでいかに安全に実行させるか、または演算を行うマシン数と秘密情報の分散数が異なる場合どのように秘匿演算を行うかは大きな課題であり、今までそれを実現した例はない。 It is a big problem how to safely execute the confidential calculation using secret sharing by one machine 14NN, or how to perform the confidential calculation when the number of machines performing the calculation and the number of secret information sharing are different. There is no example that has achieved it so far.

第2の実施の形態では、1台のNNマシンで秘密分散を安全に実行するために、詳細には後述するが、2つの乱数δ、δを導入し、分散値毎に異なる乱数をかけて演算を行うことが特徴である。 In the second embodiment, two random numbers δ 0 and δ 1 are introduced in order to safely execute secret sharing by one NN machine, and a different random number is used for each distributed value, although the details will be described later. It is characterized by performing calculation by multiplying.

次に、第2の実施の形態における入力者装置12のCPU22がプログラムを実行することで実現される機能について説明する。プログラムは、分散機能及び演算支援機能を備えている。CPU22がこれらの機能を有するプログラムを実行することで、CPU22は、図12に示すように、分散部42及び演算支援部150として機能する。 Next, functions realized by executing a program by the CPU 22 of the input person's device 12 according to the second embodiment will be described. The program has distributed functions and computational support functions. By executing a program having these functions, the CPU 22 functions as the distribution unit 42 and the calculation support unit 150 as shown in FIG. 12 .

[分散2]
まず、図13を参照して、入力者装置12のCPU22における分散部42が実行する分散2を説明する。
[Dispersion 2]
First, with reference to FIG. 13, distribution 2 executed by the distribution unit 42 in the CPU 22 of the input person's device 12 will be described.

ステップ152で、分散部42は、乱数α、β、γを生成する。 At step 152, the distribution unit 42 generates random numbers α, β, γ.

ステップ154で、分散部42は、α(a+1)、β(b+1)、γ(c+1)を、以下のように計算する。
α(a+1)=α×(a+1)
β(b+1)=β×(b+1)
γ(c+1)=γ×(c+1)
At step 154, the distribution unit 42 calculates α(a+1), β(b+1), γ(c+1) as follows.
α(a+1)=α×(a+1)
β(b+1)=β×(b+1)
γ(c+1)=γ×(c+1)

ステップ156で、分散部42は、α(a+1)、β(b+1)、γ(c+1)を1台のマシン14NNに送信する。 At step 156, the distribution unit 42 transmits α(a+1), β(b+1), γ(c+1) to one machine 14NN.

ステップ158で、分散部42は、乱数δ、δを生成する。 At step 158, the distribution unit 42 generates random numbers δ 0 and δ 1 .

ステップ160で、分散部42は、δ/αβ、δ/α、δ/β、δ/γの秘密分散の分散値を計算し、[δ/αβ]、[δ/α]、[δ/β]、[δ/γ]とδ/αβ]、[δ/α]、[δ/β]、[δ/γ]を得る。 At step 160, the distributing unit 42 calculates secret sharing values of δ 0 /αβ, δ 0 /α, δ 0 /β, δ 0 /γ, [δ 0 /αβ] 0 , [δ 0 / α] 0 , [δ 0 /β] 0 , [δ 0 /γ] 0 and δ 0 /αβ] 1 , [δ 0 /α] 1 , [δ 0 /β] 1 , [δ 0 /γ] 1 get

ステップ162で、分散部42は、以下を計算する(δ=δδ)。
[δ/αβ]=δ×[δ/αβ]
[δ/α]=δ×[δ/α]
[δ/β]=δ×[δ/β]
[δ/γ]=δ×[δ/γ]
ステップ164で、分散部42は、[δ/αβ]、[δ/α]、[δ/β]、[δ/γ]と[δ/αβ]、[δ/α]、[δ/β]、[δ/γ]をマシン14NNに送信する。
At step 162, distribution unit 42 calculates (δ=δ 0 δ 1 ).
[δ/αβ] 1 = δ 1 × [δ 0 /αβ] 1
[δ/α] 1 = δ 1 × [δ 0 /α] 1
[δ/β] 1 = δ 1 × [δ 0 /β] 1
[δ/γ] 1 = δ 1 × [δ 0 /γ] 1
At step 164, the distribution unit 42 performs [δ 0 /αβ] 0 , [δ 0 /α] 0 , [δ 0 /β] 0 , [δ 0 /γ] 0 and [δ/αβ] 1 , [δ /α] 1 , [δ/β] 1 , [δ/γ] 1 to machine 14NN.

[積和演算2] [Multiply-sum operation 2]

次に、マシン14NNのCPU22における秘匿積和演算部44が実行する積和演算2を、図14を参照して説明する。 Next, the sum-of-products operation 2 executed by the confidential sum-of-products operation unit 44 in the CPU 22 of the machine 14NN will be described with reference to FIG.

ステップ172で、秘匿積和演算部44は、以下を計算する。
[δ(ab+c)]=α(a+1)×β(b+1)×[δ/αβ]-α(a+1)×[δ/α]-β(b+1)×[δ/β]+γ(c+1)×[δ/γ]
[δ(ab+c)]=α(a+1)×β(b+1)×[δ/αβ]-α(a+1)×[δ/α]-β(b+1)×[δ/β]+γ(c+1)×[δ/γ]
At step 172, the secure sum-of-products operation unit 44 calculates the following.
0 (ab + c)] 0 = α (a + 1) x β (b + 1) x [δ 0 / α β] 0 - α (a + 1) x [δ 0 / α] 0 - β (b + 1) x [δ 0 / β ] 0 +γ(c+1)×[δ 0 /γ] 0
[δ(ab+c)] 1 =α(a+1)×β(b+1)×[δ/αβ] 1 −α(a+1)×[δ/α] 1 −β(b+1)×[δ/β] 1 +γ( c+1)×[δ/γ] 1

[演算支援2] [Calculation support 2]

次に、演算を継続または終了する場合、入力者装置12のCPU22における演算支援部150が実行する演算支援2を、図15を参照して説明する。 Next, calculation support 2 executed by the calculation support unit 150 in the CPU 22 of the input person's device 12 when continuing or ending the calculation will be described with reference to FIG.

ステップ182で、演算支援部150は、[δ(ab+c)]と[δ(ab+c)]を収集する。 At step 182, the computation support unit 150 collects [δ 0 (ab+c)] 0 and [δ(ab+c)] 1 .

ステップ184で、演算支援部150は、[δ(ab+c)]=δ[δ(ab+c)]を計算する。 At step 184, the calculation support unit 150 calculates [δ(ab+c)] 0 = δ1 [ δ0 (ab+c)] 0 .

ステップ186で、演算支援部150は、δ(ab+c)を復元する。 At step 186, the computation support unit 150 restores δ(ab+c).

ステップ187で、演算支援部150は、演算を継続するか否かを判断する。これは実行している演算処理がそこで終わるか、継続する処理があるかによって判断される、すなわち入力者が設定したプログラムによる。演算を継続する場合には、ステップ188で、演算支援部150は、δ(ab+c+1)=δ(ab+c)+δを計算する。 At step 187, the calculation support unit 150 determines whether or not to continue the calculation. This is determined by whether the arithmetic processing being executed ends there or whether there is a continuation of the processing, that is, it depends on the program set by the input person. When continuing the calculation, in step 188, the calculation support unit 150 calculates δ(ab+c+1)=δ(ab+c)+δ.

その後、ステップ190で、演算支援部150は、δ(ab+c+1)をマシン14NNに送信する。 Then, at step 190, the computation support unit 150 sends .delta.(ab+c+1) to the machine 14NN.

演算を継続せず演算結果を得る場合は、ステップ192で、演算支援部150は、δ(ab+c)をδで割って、ab+cを計算する。 If the calculation result is obtained without continuing the calculation, in step 192, the calculation support unit 150 divides δ(ab+c) by δ to calculate ab+c.

ただし、加減算を継続する演算を行う場合、演算支援2を行わずに他の[δ(ab+c)],[δ(ab+c)]と係数を合わせて加減算を継続してもよい。また、乗除残においてもα(a+1)×β(b+1)のように直接繰り返すことができる。すなわち、加減算または乗除算の繰返しにおいては演算支援処理を行わなくてもよく、積和演算のような加減算と乗除算を組み合わせる場合に1度行えば良い。積和演算2において計算される[δ(ab+c)],[δ(ab+c)]は独立に定められた異なる乱数δ,δがかかっているため、k=2であっても正しく復元できず、情報理論的安全性が達成できる。 However, when performing an operation that continues addition and subtraction, addition and subtraction may be continued by combining the coefficients with other [δ 0 (ab+c)] 0 , [δ(ab+c)] 1 without performing operation support 2 . Also, the multiplication and division remainder can be directly repeated as α(a+1)×β(b+1). In other words, it is not necessary to carry out the calculation support processing for repeated addition/subtraction or multiplication/division, and it is sufficient to carry out once when combining addition/subtraction and multiplication/division such as product-sum calculation. Since [δ 0 (ab+c)] 0 , [δ(ab+c)] 1 calculated in the sum-of-products operation 2 are multiplied by independently determined different random numbers δ 0 , δ, even if k=2, they are correct. It cannot be restored, and information-theoretic security can be achieved.

[演算支援2′] [Calculation support 2']

次に、入力者装置12のCPU22における演算支援部150が実行する演算支援2′を、図16を参照して説明する。 Next, the calculation support 2' executed by the calculation support unit 150 in the CPU 22 of the inputter's device 12 will be described with reference to FIG.

ステップ202で、演算支援部150は、[δ(ab+c)]と[δ(ab+c)]を収集する。 At step 202, the computation support unit 150 collects [δ 0 (ab+c)] 0 and [δ(ab+c)] 1 .

ステップ203で、演算支援部150は、以下を計算する。
[δ(ab+c+1)]=[δ(ab+c+1)]+[0]+δ
[δ(ab+c+1)]=[δ(ab+c+1)]+[0]+δ
ここで、[0]、[0]は定数項0の分散値であり、事前に準備できる。
At step 203, the calculation support unit 150 calculates the following.
0 (ab+c+1)] 0 = [δ 0 (ab+c+1)] 0 + [0] 0 + δ 0
[δ(ab+c+1)] 1 =[δ(ab+c+1)] 1 +[0] 1
Here, [0] 0 and [0] 1 are the variance values of the constant term 0, which can be prepared in advance.

ステップ204で、演算支援部150は、演算を継続するか否かを判断する。 At step 204, the calculation support unit 150 determines whether or not to continue the calculation.

演算を継続する場合には、ステップ205で計算結果をマシン14NNに送信する。 If the calculation is to be continued, in step 205 the calculation result is sent to the machine 14NN.

演算を継続しない場合(ステップ204:N)、ステップ206で、演算支援部150は、[δ(ab+c+1)]にδを掛けて[δ(ab+c+1)]0を生成する。その後、ステップ207で、[δ(ab+c+1)]と[δ(ab+c+1)]からδ(ab+c+1)を復元してδで割って1を引きab+cを得る。 If the calculation is not to be continued (step 204: N), in step 206, the calculation support unit 150 multiplies [δ 0 (ab+c+1)] 0 by δ 1 to generate [δ(ab+c+1)] 0 . Then, in step 207, restore δ(ab+c+1) from [δ(ab+c+1)] 0 and [δ(ab+c+1)] 1 , divide by δ and subtract 1 to obtain ab+c.

このようにすれば、演算支援2′により最終の演算結果を得る場合以外、入力者装置12の復元の手間はなくなる。 This saves the trouble of restoring the input person's device 12 except when the final calculation result is obtained by the calculation support 2'.

演算を継続する場合、マシン14NNはδ(ab+c+1)を復元し、それをα(a+1)、β(b+1)、γ(c+1)の1つとすれば、演算が連続できることは明らかである。 To continue the operation, the machine 14NN restores δ(ab+c+1) and makes it one of α(a+1), β(b+1), γ(c+1), obviously allowing the operation to continue.

また、秘匿積和演算においてc=0とすれば秘匿乗算となり、a=1とすれば秘匿加算となる。また、図14のステップ172で、ab+cの+を-とし、ab-cとする、すなわち+γ(c+1)を-γ(c+1)とすれば秘匿減算となる。 Also, in the secure sum-of-products operation, setting c=0 results in secure multiplication, and setting a=1 results in secure addition. Also, in step 172 of FIG. 14, if + of ab+c is set to - and ab-c is set, that is, if +γ(c+1) is set to −γ(c+1), then confidential subtraction is performed.

[秘匿除算2] [Secret division 2]

次に、入力者装置12のCPU22における演算支援部150(分散部42でもよい)が実行する秘匿除算2を、図17を参照して説明する。なお、秘匿除算のための、入力者装置12のCPU22における分散部42は、図7のステップ82~86を実行する。 Next, with reference to FIG. 17, the confidential division 2 executed by the calculation support unit 150 (or the distribution unit 42) in the CPU 22 of the input person's device 12 will be described. Note that the distributing unit 42 in the CPU 22 of the input person's device 12 executes steps 82 to 86 in FIG. 7 for the secret division.

ステップ220で、演算支援部150は、乱数α″を生成する。 At step 220, the computation support unit 150 generates a random number α″.

ステップ222で、演算支援部150は、以下を計算する。
[α″/α]=(α″/α′)[α′/α]
[α″]=(α″/α′)[α′]
At step 222, computation support unit 150 calculates:
[α″/α] 1 =(α″/α′)[α′/α] 1
[α″] 1 = (α″/α′)[α′] 1

ステップ226で、秘匿除算部46は、[α′/α]、[α′]、[α″/α]、[α″]をマシン14NNに送信する。 At step 226, the secret division unit 46 sends [α'/α] 0 , [α'] 0 , [α″/α] 1 , [α″] 1 to the machine 14NN.

マシン14NNは、以下を計算して、入力者装置12に送る。 The machine 14NN calculates the following and sends it to the input person device 12.

[α′a]=α(a+1)×[α′/α]-[α′]
[α″a]=α(a+1)×[α″/α]-[α″]
[α′a] 0 =α(a+1)×[α′/α] 0 −[α′] 0
[α″a] 1 =α(a+1)×[α″/α] 1 −[α″] 1

そこで、ステップ228で、演算支援部150は、[α′a]、[α″a]を受信する。 Therefore, at step 228, the computation support unit 150 receives [α′a] 0 and [α″a] 1 .

ステップ230で、演算支援部150は、[α″a]=(α″/α′)[α′a]と[α″a]からα″aを復元する。 At step 230, the computation support unit 150 restores α″a from [α″a] 0 =(α″/α′)[α′a] 0 and [α″a] 1 .

ステップ232で、演算支援部150は、α″a=0であるか否かを判断する。α″a=0であれば、秘匿除算2を終了する。 At step 232, the computation support unit 150 determines whether or not α″a=0.

α″a=0でなければ、ステップ234で、演算支援部150は、1/α″aを計算する。 If α″a=0 is not true, at step 234 the computation support unit 150 calculates 1/α″a.

ステップ236で、演算支援部150は、1/α″aをα(a+1)として秘匿積和演算2のために秘匿積和演算部44に送る。これにより、秘匿積和演算部44により、乗算を除算に変えた結果が得られる。ただし、1/α″aには1が加えられていないため、秘匿積和演算2のステップ172においてβ(b+1)を減算する計算は省略される。 In step 236, the computation support unit 150 sends 1/α″a as α(a+1) to the secure product-sum operation unit 44 for secure product-sum operation 2. As a result, the secure product-sum operation unit 44 performs multiplication However, since 1 is not added to 1/α″a, the calculation for subtracting β(b+1) in step 172 of the secure multiply-add operation 2 is omitted.

秘匿除算2において、図17のステップ222~228は事前に実行でき、ステップ230~236が秘匿除算における演算支援となる。また、ステップ228~236の処理を演算支援部が行わず、そのままマシン14NNが行ってもよい。 In the secret division 2, steps 222-228 in FIG. 17 can be performed in advance, and steps 230-236 serve as computation support in the secret division. Further, the processing of steps 228 to 236 may be performed by the machine 14NN without being performed by the calculation support unit.

また、分散2の図13のステップ156の後に、α、β、γを秘密分散する処理を加え、ステップ164の後に、α、β、γを復元する処理を加えれば、分散2のステップ152~156と、ステップ158~164との間の実行開始時間が大きく異なっても、入力者装置12のCPU22における分散部42は、秘密情報の秘匿に用いたα、β、γを記憶しておくことなく実行でき、ステップ158~164を事前に計算しておかなくても、演算支援として演算中に処理できる。 Further, after step 156 of FIG. 13 for sharing 2, processing for secret sharing α, β, and γ is added, and after step 164, processing for restoring α, β, and γ is added, steps 152 to Even if the execution start times between 156 and steps 158 to 164 are significantly different, the distributing unit 42 in the CPU 22 of the inputter's device 12 stores α, β, and γ used for concealing the secret information. can be performed without precomputation, and steps 158-164 can be processed during computation as a computational aid without having to be precomputed.

第2の実施の形態によってマシン14NNが1台しかなくても、入力者装置12の秘密情報及び解こうとする問題が漏洩しないようにすることができる。従来、1台のNNマシンしかないとき、秘密分散法は適用できず膨大な計算量を必要とする準同型暗号を用いるしかなかったが、第2の実施の形態によってこの問題を解決できる。 According to the second embodiment, even if there is only one machine 14NN, it is possible to prevent leakage of the confidential information of the input person's device 12 and the problem to be solved. Conventionally, when there is only one NN machine, the secret sharing method cannot be applied and there is no choice but to use homomorphic encryption that requires a huge amount of calculation. However, this problem can be solved by the second embodiment.

<第3の実施の形態>
次に、第3の実施の形態を説明する。第3の実施の形態の構成は、第1の実施の形態の構成と同様の部分を有するので、同様の部分には、同様の符号を付してその詳細な説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment will be described. Since the configuration of the third embodiment has the same parts as the configuration of the first embodiment, the same parts are denoted by the same reference numerals and detailed descriptions thereof are omitted.

図18に示すように、第3の実施の形態の秘密情報分散秘匿演算システムは、ネットワーク10を介して相互に接続された、複数、例えば、3台の入力者装置12A~12C、複数(N個)のマシン14N0~14Nn-1、及び復元者装置18を備えている。第3の実施の形態では、秘密情報a、b、cをそれぞれ有する3台の入力者装置12A~12Cを備え、下記復元者装置18を備えている点で、第1の実施の形態と異なる。 As shown in FIG. 18, the secret information distribution and confidentiality computing system of the third embodiment includes a plurality of, for example, three input person devices 12A to 12C, a plurality of (N ) of machines 14N0 to 14Nn−1 and a restorer device 18 . The third embodiment differs from the first embodiment in that three input person devices 12A to 12C each having secret information a, b, and c and a restorer device 18 described below are provided. .

次に、第3の実施の形態における復元者装置18のCPU22がプログラムを実行することで実現される機能について説明する。プログラムは、分散値を集めて秘密情報の復元を行う復元機能を備えている。CPU22がこれらの機能を有するプログラムを実行することで、復元者装置18のCPU22は、図19に示すように、復元部242として機能する。 Next, the functions realized by the CPU 22 of the restorer's device 18 according to the third embodiment executing the program will be described. The program has a restoration function that collects the distributed values and restores the secret information. As the CPU 22 executes a program having these functions, the CPU 22 of the restorer's device 18 functions as the restorer 242 as shown in FIG.

次に、第3の実施の形態におけるマシン14N0~14Nn-1の各々のCPU22がプログラムを実行することで実現される機能について説明する。プログラムは、変換用乱数生成機能、秘匿積和演算機能及び秘匿除算機能を備えている。CPU22がこの機能を有するプログラムを実行することで、CPU22は、図20に示すように、変換用乱数生成部244、秘匿積和演算部44及び秘匿除算部46として機能する。 Next, functions realized by executing programs by the CPUs 22 of the machines 14N0 to 14Nn-1 according to the third embodiment will be described. The program has a conversion random number generation function, a secure multiply-add operation function, and a secure division function. When the CPU 22 executes a program having this function, the CPU 22 functions as a conversion random number generation unit 244, a secure product-sum operation unit 44, and a secure division unit 46, as shown in FIG.

マシン14N0~14Nn-1は更に、変換用乱数生成部として機能する。 The machines 14N0 to 14Nn-1 also function as conversion random number generators.

第3の実施の形態では、複数(例えば、3台)の入力者装置12A~12Cと、結果を知る復元者装置18とが異なり、複数(最小はn=k=2)のマシン14N0~14Nn-1で秘匿計算する場合を考える。 In the third embodiment, a plurality of (for example, three) input person devices 12A to 12C and a restorer device 18 that knows the result are different, and a plurality of (minimum n=k=2) machines 14N0 to 14Nn are used. Consider the case of performing secure calculation with −1.

TUS方式では秘匿加算と秘匿乗算は単独では安全であるが、積和演算のように乗算と加算を組み合わせると、入力者の秘密情報が漏洩するなど安全性に問題があることが知られている。そこで、そのような場合においても安全に秘匿計算が実現できるように変換用乱数の生成が課題となる。なお、第1、2の実施の形態では同一の入出力者装置を仮定するため、TUS方式で積和演算を行っても利害が対立する複数の入出力者が存在しないので、上記問題が発生しなかった。 In the TUS method, confidential addition and confidential multiplication are safe when used alone, but it is known that combining multiplication and addition, such as the sum-of-products operation, poses security problems, such as leakage of the confidential information of the input person. . Therefore, generation of conversion random numbers is a problem so that secure computation can be realized even in such a case. In the first and second embodiments, since the same input/output device is assumed, even if the product-sum operation is performed by the TUS method, there are no multiple input/output parties with conflicting interests, so the above problem occurs. didn't.

ここでは、秘密情報a,b,cをもつ入力者装置(以下、第3の実施の形態では、「入力者」ともいう)が異なり、復元者装置(以下、第3の実施の形態では、「復元者」ともいう)も異なり、利害が対立する場合を考える。また、マシンは複数(最小はN=n=k=2)あるとする。また、他の入力者や復元者から自らの秘密情報を守るために以下の変換用乱数を生成する。この変換用乱数は複数の信頼できない入力者によって秘密に生成する方法は知られていなかった。例えば、第1の実施の形態の分散1’の図9のステップ112~118のように一台の入力者が生成する方法は知られているが、この入力者は変換用乱数の値を知る。よって、入力者装置が攻撃者であれば、それを用いた秘匿計算は安全ではなく、第1の実施の形態のように入力者装置は信頼できなければならない。それに対して信頼できる入力者がいない場合でも、変換用乱数が特定されない生成方法を以下に示す。 Here, the input person device having the secret information a, b, c (hereinafter also referred to as "input person" in the third embodiment) is different, and the restorer device (hereinafter, in the third embodiment, (also referred to as a "restorer") are also different, and there is a conflict of interest. It is also assumed that there are a plurality of machines (minimum N=n=k=2). In addition, in order to protect its own confidential information from other inputters and restorers, it generates the following conversion random numbers. There was no known method of secretly generating this conversion random number by multiple untrusted inputters. For example, a method is known in which one input person generates a value of random numbers for conversion as in steps 112 to 118 in FIG. 9 of distribution 1′ of the first embodiment. . Therefore, if the input person's device is an attacker, the secure computation using it is not secure, and the input person's device must be reliable as in the first embodiment. A generation method in which the random number for conversion is not specified even if there is no reliable input person is shown below.

下記文献3、文献4において、2k次の多項式を用いて生成された分散値をk次の多項式に対する分散値に変換する方法が示されている。例えば文献3の手法では、ある規則によって生成された定数を要素とする下記行列Aを用いて、2k次の多項式に対する分散値ベクトルW=(W0,W1,・・・,W2k-1)に対してR=W・Aを計算し、k次の多項式に対する分散値ベクトルR=(R0,R1,・・・,R2k-1)に変換することができる(文献4の手法もほぼ同様の処理で実現できる)。ただし、文献3、4の手法はマシン台数NがN≧2k-1の場合に有効であるが、本実施例ではN<2k-1、すなわち実際のマシン台数NがN≧2k-1を満たさない場合を扱う。 Documents 3 and 4 below disclose a method of converting a variance value generated using a 2k-th order polynomial into a variance value for a k-th order polynomial. For example, in the method of Document 3, using the following matrix A whose elements are constants generated by a certain rule, for a variance value vector W = (W0, W1, ..., W2k-1) for a 2k-order polynomial, can be converted into a variance value vector R=(R0, R1, . realizable). However, the methods of Documents 3 and 4 are effective when the number of machines N is N≧2k−1, but in this embodiment, N<2k−1, that is, the actual number of machines N satisfies N≧2k−1. Handle the case where there is none.

Figure 0007240037000022
Figure 0007240037000022

文献3:M. Ben-Or, S. Goldwasser, and A. Wigderson, “Completeness theorems for non-cryptographic fault-tolerant distributed computation,” STOC ’88, 1988, pp. 1-10, ACM Press. Reference 3: M. Ben-Or, S. Goldwasser, and A. Wigderson, “Completeness theorems for non-cryptographic fault-tolerant distributed computation,” STOC ’88, 1988, pp. 1-10, ACM Press.

文献4:Rosario Gennaro, Michael O. Rabin, and Tal Rabin, “Simplified VSS and fast-track multiparty computations with applications to threshold cryptography,” In Brian A. Coen and Yehuda Afek, editors, PODC, 1998, pp. 101-111, ACM. Reference 4: Rosario Gennaro, Michael O. Rabin, and Tal Rabin, “Simplified VSS and fast-track multiparty computations with applications to threshold cryptography,” In Brian A. Coen and Yehuda Afek, editors, PODC, 1998, pp. 101- 111, ACM.

以下に、u人の入力者による変換用乱数生成部がN=t=k台のマシンの変換用乱数生成部244を用いて変換用乱数を生成する場合を、図21を参照して説明する。以下において、入力者は入力者装置を意味し、Sはマシン14Niとすることができる。ただし、この入力者及びSなどは後述の秘匿積和演算を行う各装置と同じである必要はなく、他の秘匿演算システムによって生成されてもよいし、そのシステム自体を変換用乱数生成システムとして専用化してもよい。 A case in which a conversion random number generation unit by u input persons generates a conversion random number using the conversion random number generation units 244 of N=t=k machines will be described below with reference to FIG. . In the following, entrant means the entrant device and Si can be the machine 14Ni. However, this input person, Si , etc. need not be the same as each device that performs the secret product-sum operation described later, and may be generated by another secret operation system, or the system itself may be a random number generation system for conversion. can be specialized as

[変換用乱数生成3] [Generation of random numbers for conversion 3]

(処理3(1))
入力者i(i=0,・・・,u-1)は乱数λi,0,・・・,λi,t-1,αi,0,・・・,αi,t-1,βi,0,・・・,βi,t-1,・・・,γi,0,・・・,γi,t-1を生成し、以下を計算する。
λ=λ,0×・・・×λi,t-1,α=αi,0×・・・×αi,t-1,β=βi,0×・・・×βi,t-1,・・・,γ=γi,0×・・・×γi,t-1
(Processing 3 (1))
The input person i (i= 0 , . . . , u−1) is a random number λ i ,0 , . Generate β i,0 , . . . , β i ,t-1 , .
λ i = λ , 0 × . i, t-1 , ..., γi = γi , 0 × ... x γi , t-1

(処理3(2))
入力者iはk=t、n=ut(厳密にはn=u(k-1)+1以上)として、λをShamir法を用いて秘密分散し、[λ,・・・,[λut-1を得る。
(Processing 3 (2))
The input person i sets k=t, n=ut (strictly speaking, n=u(k−1)+1 or more), secret-shares λ i using the Shamir method, and [λ i ] 0 , . . . We obtain [λ i ] ut−1 .

(処理3(3)) (Processing 3 (3))

入力者iは生成した分散値をt毎に分割して以下のように乱数を乗じる。
[αλ=α×[λ,・・・,[αλ2t-1=α×[λ2t-1
[βλ2t=β×[λ2t,・・・,[βλ3t-1=β×[λ3t-1

[γλ(u-1)t=γ×[λ(u-1)t,・・・,[γλut-1=γ×[λut-1
The input person i divides the generated variance value every t and multiplies it by a random number as follows.
i λ i ] t = α i × [ λ i ] t , .
[ β i λ i ] 2t = β i × [ λ i ] 2t , .
:
[ γ i λ i ] (u−1) t = γ i ×i ] (u− 1 ) t , . 1

(処理3(4))
入力者iは[λ,[αλj+t,[βλj+2t,・・・,[γλj+(u-1)t,λi,j,αi,j,βi,j,・・・,γi,jをマシン14NjであるマシンS(j=0,・・・,t-1)に送る。
(Processing 3 (4))
Input person i is [λ i ] j , [α i λ i ] j+t ,i λ i ] j +2t , . Send i,j , β i,j , . . . , γ i,j to machine S j (j=0, .

(処理3(5))
(i=0,・・・,t-1)は以下を計算する。ただし、下記乗算は分散値同士の乗算であるので、乗算結果はk=u(t-1)+1、n=utとしたShamir法による分散値と等価である。
[λλ・・・λ=[λ×[λ×・・・×[λu-1
(Processing 3 (5))
S i (i=0, . . . , t−1) computes: However, since the following multiplication is multiplication of variance values, the multiplication result is equivalent to the variance value by Shamir's method with k=u(t−1)+1 and n=ut.
0 λ 1 . . . λ 3 ] i = [λ 0 ] i ×1 ] i × .

[αα・・・αλλ・・・λi+t=[αλi+t×[αλi+t×・・・×[αu-1λu-1i+t
[ββ・・・βλλ・・・λi+2t=[βλi+2t×[βλi+2t×・・・×[βu-1λu-1i+2t

[γγ・・・γλλ・・・λi+(u-1)t=[γλi+(u-1)t×[γλi+(u-1)t×・・・×[γu-1λu-1i+(u-1)t
[ α 0 α 1 . . . α 3 λ 0 λ 1 . 1 ] i + t
[ β 0 β 1 . _ _ _ _ _ _ _ _ _ 1 ] i+2t
:
[ γ 0 γ 1 . . . γ 3 λ 0 λ 1 . u−1) t × . . . × [γ u−1 λ u−1 ] i+(u−1) t

(処理3(6))
(i=0,・・・,t-1)はα0,i×α1,i・・・×αu-1,i,β0,i×β1,i・・・×βu-1,i,・・・,γ0,i×γ1,i・・・×γu-1,iを計算し、Sに送る。また、λ′=λ0,i×λ1,i×λ2,i×・・・×λu-1,iを計算する。
(Processing 3 (6))
S i (i=0, . . . , t− 1 ) is α 0, i × α 1, i . Calculate u−1,i , . . . γ 0 ,i ×γ 1,i . Also, λ' i0,i ×λ 1,i ×λ 2,i × . . . ×λ u−1,i is calculated.

(処理3(7)) (Processing 3 (7))

は送られてきた全てのα0,i×α1,i・・・×αu-1,iをかけあわせαα・・・αu-1を、β0,i×β1,i・・・×βu-1をかけあわせββ・・・βu-1を、・・・、γ0,i×γ1,i・・・×γu-1,iをかけあわせγγ・・・γu-1を計算し、全マシンに送る。 S 0 multiplies all the α 0, i × α 1 , i . β 0 β 1 … β u-1 is obtained by multiplying 1, i ... x β u-1 , γ 0, i x γ 1, i … x γ u-1, i are multiplied to calculate γ 0 γ 1 . . . γ u−1 and sent to all machines.

(処理3(8)) (Process 3 (8))

(i=0,・・・,t-1)は以下を計算する。ただし、λ=λλ・・・λu-1とする。
[λ]i+t=[αα・・・αλλ・・・λi+t/(αα・・・α
[λ]i+2t=[ββ・・・βλλ・・・λi+2t/(ββ・・・β

[λ]i+(u-1)t=[γγ・・・γλλ・・・λi+(u-1)t/(γγ・・・γ
S i (i=0, . . . , t−1) computes: However, λ=λ 0 λ 1 . . . λ u−1 .
[λ] i + t = [α 0 α 1 ... α 3 λ 0 λ 1 ... λ 3 ] i + t / (α 0 α 1 ... α 3 )
[ λ] i +2t =[ β0β1 ... β3λ0λ1 ... λ3 ] i+2t /( β0β1 ... β3 )
:
[λ] i+(u-1)t =[ γ0γ1 ... γ3λ0λ1 ... λ3 ] i +(u-1)t / ( γ0γ1 ... γ3 )

(処理3(9))
(i=0,・・・,t-1)は0をk=u(t-1)/2+1,n=ut/2としてShamir法を用いて秘密分散した[0を計算し、以下を計算してRi,j,Ri,j+t,・・・,Ri,j+u‘tをSに送る。ただし、h=0,・・・,2t-1,u’=u/4であり、ai,hは行列Aの各要素である。
i,h=ai,h×[λ]+ai+t,h×[λ]i+t+ai+2t,h×[λ]i+2t+・・・+a(u-1)t,h×[λ]i+(u-1)t+[0
(Processing 3 (9))
S i (i = 0, ..., t-1) calculates [0 i ] j with secret sharing using Shamir method with 0 as k = u (t-1) / 2 + 1, n = ut / 2 and send R i,j , R i,j+t , . . . , R i,j+u′t to S j by calculating: However, h= 0 , .
R i,h = a i, h × [λ] i + a i + t, h × [λ] i + t + a i + 2t, h × [λ] i + 2t + … + a i + (u−1) t, h × [λ ] i+(u−1)t +[0 i ] h ,

(処理3(10)) (Processing 3 (10))

(i=0,・・・,t-1)は以下を計算して得られた[λ],・・・,[λ]i+u”-1を次数が半減された(u”+1,ut/2)における分散値とする。ただし、u”=u(t-1)/2
[λ]=R0,i+・・・+Rt-1,i,[λ]i+u′=R0,i+u′+・・・+Rt-1,i+u′,,・・・,
S i (i=0, . . . , t−1) is obtained by halving the order of [λ] i , . , ut/2). However, u″=u(t−1)/2
[λ] i =R 0,i + . . . +R t−1,i ,[λ] i +u′ =R 0,i+u′ + .

(処理3(11)) (Processing 3 (11))

(i=0,・・・,t-1)は必要な次数になるまで(9)(10)の次数変換処理を繰り返し、変換用乱数{λ}=([λ],λ′)を生成する。 S i (i= 0 , . ' i ).

上記は記述が複雑であるので、u=4,N=t=k=2の場合を以下に具体的に記す(図22も参照)。 Since the above description is complicated, the case of u=4 and N=t=k=2 will be specifically described below (see also FIG. 22).

[変換用乱数生成3’]
(処理3′(1))
入力者0は乱数λ0,0,λ0,1,α0,0,α0,1,β0,0,β0,1,γ0,0,γ0,1を生成し、以下を計算する。
λ=λ0,0×λ0,1,α=α0,0×α0,1,β=β0,0×β0,1,γ=γ0,0×γ0,1
[Generation of random numbers for conversion 3']
(Processing 3' (1))
User 0 generates random numbers λ 0,0 , λ 0,1 , α 0,0 , α 0,1 , β 0,0 , β 0,1 , γ 0,0 , γ 0,1 and calculate.
λ 00,0 ×λ 0,100,0 ×α 0,100,0 ×β 0,100,0 ×γ 0, 1

(処理3′(2))
入力者0はλを(2,8)Shamir法で秘密分散し、[λ,・・・,[λを得る。
(Processing 3' (2))
Input person 0 obtains0 ] 0 , .

(処理3′(3))
入力者0は以下を計算する。
[αλ=α×[λ,[αλ=α×[λ
[βλ=β×[λ,[βλ=β×[λ
[γλ=γ×[λ,[γλ=γ×[λ
(Processing 3' (3))
Input person 0 calculates the following.
0 λ 0 ] 2 = α 0 × [λ 0 ] 2 , [α 0 λ 0 ] 3 = α 0 × [λ 0 ] 3
0 λ 0 ] 4 = β 0 × [λ 0 ] 4 , [β 0 λ 0 ] 5 = β 0 × [λ 0 ] 5
0 λ 0 ] 6 = γ 0 × [λ 0 ] 6 , [γ 0 λ 0 ] 7 = γ 0 × [λ 0 ] 7

(処理3′(4))
入力者0は[λ,[αλ,[βλ,[γλ,λ0,0,α0,0,β0,0,γ0,0をマシンSに送る。
(Processing 3' (4))
Input person 0 has [λ 0 ] 0 , [α 0 λ 0 ] 2 , [β 0 λ 0 ] 4 , [γ 0 λ 0 ] 6 , λ 0,0 , α 0,0 , β 0,0 , γ Send 0,0 to machine S0 .

(処理3′(5))
入力者0は[λ,[αλ,[βλ,[γλ,λ0,1,α0,1,β0,1,γ0,1をマシンSに送る。
(Processing 3' (5))
Input person 0 has [λ 0 ] 1 , [α 0 λ 0 ] 3 , [β 0 λ 0 ] 5 , [γ 0 λ 0 ] 7 , λ 0,1 , α 0,1 , β 0,1 , γ Send 0,1 to machine S1 .

(処理3′(6))
入力者1は乱数λ1,0,λ1,1,α1,0,α1,1,β1,0,β1,1,γ1,0,γ1,1を生成し、以下を計算する。
λ=λ1,0×λ1,1,α=α1,0×α1,1,β=β1,0×β1,1,γ=γ1,0×γ1,1
(Processing 3' (6))
Input person 1 generates random numbers λ 1,0 , λ 1,1 , α 1,0 , α 1,1 , β 1,0 , β 1,1 , γ 1,0 , γ 1,1 and calculate.
λ 11,0 ×λ 1,111,0 ×α 1,111,0 ×β 1,111,0 ×γ 1 , 1

(処理3′(7))
入力者1はλを(2,8)Shamir法で秘密分散し、[λ,・・・,[λを得る。
(Processing 3' (7))
Input person 1 obtains1 ] 0 , .

(処理3′(8))
入力者1は以下を計算する。
[αλ=α×[λ,[αλ=α×[λ
[βλ=β×[λ,[βλ=β×[λ
[γλ=γ×[λ,[γλ=γ×[λ
(Processing 3' (8))
Enterer 1 computes:
1 λ 1 ] 2 = α 1 × [λ 1 ] 2 , [α 1 λ 1 ] 3 = α 1 × [λ 1 ] 3
1 λ 1 ] 4 = β 1 × [λ 1 ] 4 , [β 1 λ 1 ] 5 = β 1 × [λ 1 ] 5
1 λ 1 ] 6 = γ 1 × [λ 1 ] 6 , [γ 1 λ 1 ] 7 = γ 1 × [λ 1 ] 7

(処理3′(9))
入力者1は[λ,[αλ,[βλ,[γλ,λ1,0,α1,0,β1,0,γ1,0をマシンSに送る。
(Processing 3' (9))
Input person 1 has [λ 1 ] 0 , [α 1 λ 1 ] 2 , [β 1 λ 1 ] 4 , [γ 1 λ 1 ] 6 , λ 1,0 , α 1,0 , β 1,0 , γ Send 1,0 to machine S0 .

(処理3′(10))
入力者1は[λ,[αλ,[βλ,[γλ,λ1,1,α1,1,β1,1,γ1,1をマシンSに送る。
(Processing 3' (10))
Input person 1 has [λ 1 ] 1 , [α 1 λ 1 ] 3 , [β 1 λ 1 ] 5 , [γ 1 λ 1 ] 7 , λ 1,1 , α 1,1 , β 1,1 , γ Send 1,1 to machine S0 .

(処理3′(12))
入力者2,3も同様の処理を行う。よって、Sは以下を保持する。
(Processing 3' (12))
Input persons 2 and 3 also perform the same processing. So S 0 holds:

[λ,[λ,[λ,[λ,[αλ,[αλ,[αλ,[αλ,[βλ,[βλ,[βλ,[βλ,[γλ,[γλ,[γλ,[γλ
λ0,0,λ1,0λ2,0λ3,0,α0,0,α1,0,α2,0,α3,0,β0,0,β1,0,β2,0,β3,0,γ0,0,γ1,0,γ2,0,γ3,0
0 ] 0 , [λ 1 ] 0 , [λ 2 ] 0 , [λ 3 ] 0 , [α 0 λ 0 ] 2 , [α 1 λ 1 ] 2 , [α 2 λ 2 ] 2 , [α 3 λ 3 ] 2 , [β 0 λ 0 ] 4 , [β 1 λ 1 ] 4 , [β 2 λ 2 ] 4 , [β 3 λ 3 ] 4 , [γ 0 λ 0 ] 6 , [γ 1 λ 1 ] 6 , [γ 2 λ 2 ] 6 , [γ 3 λ 3 ] 6 ,
λ 0,0 , λ 1,0 λ 2,0 λ 3,0 , α 0,0 , α 1,0 , α 2,0 , α 3,0 , β 0,0 , β 1,0 , β 2 , 0 , β 3,0 , γ 0,0 , γ 1,0 , γ 2,0 , γ 3,0

(処理3′(13))
は以下を保持する。
(Processing 3' (13))
S 1 holds:

[λ,[λ,[λ,[λ,[αλ,[αλ,[αλ,[αλ,[βλ,[βλ,[βλ,[βλ,[γλ,[γλ,[γλ,[γλ
λ0,1,λ1,1λ2,1λ3,1,α0,1,α1,1,α2,1,α3,1,β0,1,β1,1,β2,1,β3,1,γ0,1,γ1,1,γ2,1,γ3,1
0 ] 1 , [λ 1 ] 1 , [λ 2 ] 1 , [λ 3 ] 1 , [α 0 λ 0 ] 3 , [α 1 λ 1 ] 3 , [α 2 λ 2 ] 3 , [α 3 λ 3 ] 3 , [β 0 λ 0 ] 5 , [β 1 λ 1 ] 5 , [β 2 λ 2 ] 5 , [β 3 λ 3 ] 5 , [γ 0 λ 0 ] 7 , [γ 1 λ 1 ] 7 , [γ 2 λ 2 ] 7 , [γ 3 λ 3 ] 7 ,
λ 0,1 , λ 1,1 λ 2,1 λ 3,1 , α 0,1 , α 1,1 , α 2,1 , α 3,1 , β 0,1 , β 1,1 , β 2 , 1 , β 3,1 , γ 0,1 , γ 1,1 , γ 2,1 , γ 3,1

(処理3′(14))
は以下を計算する。乗算結果は(5,8)Shamir法による分散値と等価である。
[λλλλ=[λ×[λ×[λ×[λ
[ααααλλλλ=[αλ×[αλ×[αλ×[αλ
[ββββλλλλ=[βλ×[βλ×[βλ×[βλ
[γγγγλλλλ=[γλ×[γλ×[γλ×[γλ
(Processing 3' (14))
S 0 computes: The multiplication result is equivalent to the (5,8) Shamir method variance.
0 λ 1 λ 2 λ 3 ] 0 = [λ 0 ] 0 × [λ 1 ] 0 × [λ 2 ] 0 × [λ 3 ] 0 ,
0 α 1 α 2 α 3 λ 0 λ 1 λ 2 λ 3 ] 2 = [α 0 λ 0 ] 2 × [α 1 λ 1 ] 2 × [α 2 λ 2 ] 2 × [α 3 λ 3 ] 2
0 β 1 β 2 β 3 λ 0 λ 1 λ 2 λ 3 ] 4 = [β 0 λ 0 ] 4 × [β 1 λ 1 ] 4 × [β 2 λ 2 ] 4 × [β 3 λ 3 ] 4
0 γ 1 γ 2 γ 3 λ 0 λ 1 λ 2 λ 3 ] 6 = [γ 0 λ 0 ] 6 × [γ 1 λ 1 ] 6 × [γ 2 λ 2 ] 6 × [γ 3 λ 3 ] 6

(処理3′(15)) (Processing 3' (15))

は以下を計算する。乗算結果は(5,8)Shamir法による分散値と等価である。
[λλλλ=[λ×[λ×[λ×[λ
[ααααλλλλ=[αλ×[αλ×[αλ×[αλ
[ββββλλλλ=[βλ×[βλ×[βλ×[βλ
[γγγγλλλλ=[γλ×[γλ×[γλ×[γλ
S 1 computes: The multiplication result is equivalent to the (5,8) Shamir method variance.
0 λ 1 λ 2 λ 3 ] 1 = [λ 0 ] 1 × [λ 1 ] 1 × [λ 2 ] 1 × [λ 3 ] 1 ,
0 α 1 α 2 α 3 λ 0 λ 1 λ 2 λ 3 ] 3 = [α 0 λ 0 ] 3 × [α 1 λ 1 ] 3 × [α 2 λ 2 ] 3 × [α 3 λ 3 ] 3
0 β 1 β 2 β 3 λ 0 λ 1 λ 2 λ 3 ] 5 = [β 0 λ 0 ] 5 × [β 1 λ 1 ] 5 × [β 2 λ 2 ] 5 × [β 3 λ 3 ] 5
0 γ 1 γ 2 γ 3 λ 0 λ 1 λ 2 λ 3 ] 7 = [γ 0 λ 0 ] 7 × [γ 1 λ 1 ] 7 × [γ 2 λ 2 ] 7 × [γ 3 λ 3 ] 7

(処理3′(16)) (Processing 3' (16))

はα0,0×α1,0×α2,0×α3,0,β0,0×β1,0×β2,0×β3,0,γ0,0×γ1,0×γ2,0×γ3,0を計算する。また、λ′=λ0,0×λ1,0×λ2,0×λ3,0を計算する。 S 0 is α 0,0 ×α 1,0 ×α 2,0 ×α 3,00,0 ×β 1,0 ×β 2,0 ×β 3,00,0 ×γ 1 , 0 ×γ 2,0 ×γ 3,0 . Also, λ′ 00,0 ×λ 1,0 ×λ 2,0 ×λ 3,0 is calculated.

(処理3′(17)) (Processing 3' (17))

はα0,1×α1,1×α2,1×α3,1,β0,1×β1,1×β2,1×β3,1,γ0,1×γ1,1×γ2,1×γ3,1を計算してSに送る。また、λ′=λ0,1×λ1,1×λ2,1×λ3,1を計算する。 S 1 is α 0,1 ×α 1,1 ×α 2,1 ×α 3,10,1 ×β 1,1 ×β 2,1 ×β 3,10,1 ×γ 1 , 1 ×γ 2,1 ×γ 3,1 and sent to S 0 . Also, λ′ 10,1 ×λ 1,1 ×λ 2,1 ×λ 3,1 is calculated.

(処理3′(18))
は以下を計算し、Sに送る。
(Processing 3' (18))
S 0 computes and sends to S 1 :

αααα=α0,0α1,0α2,0α3,0×α0,1α1,1α2,1α3,1
ββββ=β0,0β1,0β2,0β3,0×β0,1β1,1β2,1β3,1
γγγγ=γ0,0γ1,0γ2,0γ3,0×γ0,1γ1,1γ2,1γ3,1
(処理3′(19))
は以下を計算する。ただし、λ=λλλλとする。

Figure 0007240037000023

α 0 α 1 α 2 α 3 = α 0,0 α 1,0 α 2,0 α 3,0 ×α 0,1 α 1,1 α 2,1 α 3,1 ,
β 0 β 1 β 2 β 3 = β 0,0 β 1,0 β 2,0 β 3,0 ×β 0,1 β 1,1 β 2,1 β 3,1 ,
γ 0 γ 1 γ 2 γ 3 = γ 0,0 γ 1,0 γ 2,0 γ 3,0 ×γ 0,1 γ 1,1 γ 2,1 γ 3,1
(Processing 3' (19))
S 0 computes: However, λ=λ 0 λ 1 λ 2 λ 3 .
Figure 0007240037000023

(処理3′(20))
S1は以下を計算する。

Figure 0007240037000024

(Processing 3' (20))
S1 computes:
Figure 0007240037000024

(処理3′(21)) (Processing 3' (21))

は0を(3,4)Shamir法で秘密分散した[0を計算し、以下を計算してR0,1とR0,3をSに送る。ただし、ai,jは4次式を2次式に変換する行列Aにおける位置i,jにおける要素である。
0,0=a0,0×[λ]+a2,0×[λ]+a4,0×[λ]+a6,0×[λ]+[0
0,1=a0,1×[λ]+a2,1×[λ]+a4,1×[λ]+a6,1×[λ]+[0
0,2=a0,2×[λ]+a2,2×[λ]+a4,2×[λ]+a6,2×[λ]+[0
0,3=a0,3×[λ]+a2,3×[λ]+a4,3×[λ]+a6,3×[λ]+[0
S 0 calculates [0 0 ] j by secret sharing 0 by the (3,4) Shamir method, calculates the following, and sends R 0,1 and R 0,3 to S 1 . where a i,j is the element at position i,j in matrix A that transforms a quartic into a quadratic.
R 0,0 =a 0,0 ×[λ] 0 +a 2,0 ×[λ] 2 +a 4,0 ×[λ] 4 +a 6,0 ×[λ] 6 +[0 0 ] 0 ,
R 0,1 =a 0,1 ×[λ] 0 +a 2,1 ×[λ] 2 +a 4,1 ×[λ] 4 +a 6,1 ×[λ] 6 +[0 0 ] 1 ,
R 0,2 =a 0,2 ×[λ] 0 +a 2,2 ×[λ] 2 +a 4,2 ×[λ] 4 +a 6,2 ×[λ] 6 +[0 0 ] 2 ,
R 0,3 =a 0,3 ×[λ] 0 +a 2,3 ×[λ] 2 +a 4,3 ×[λ] 4 +a 6,3 ×[λ] 6 +[0 0 ] 3 ,

(処理3′(22)) (Processing 3' (22))

は0を(3,4)Shamir法で秘密分散した[0を計算し、以下を計算してR1,0とR1,2をSに送る。 S 1 computes [0 1 ] j by secret sharing 0 by the (3,4) Shamir method, computes the following, and sends R 1,0 and R 1,2 to S 0 .

1,0=a1,0×[λ]+a3,0×[λ]+a5,0×[λ]+a7,0×[λ]+[0
1,1=a1,1×[λ]+a3,1×[λ]+a5,1×[λ]+a7,1×[λ]+[0
1,2=a1,2×[λ]+a3,2×[λ]+a5,2×[λ]+a7,2×[λ]+[0
1,3=a1,3×[λ]+a3,3×[λ]+a5,3×[λ]+a7,3×[λ]+[0
R 1,0 =a 1,0 ×[λ] 1 +a 3,0 ×[λ] 3 +a 5,0 ×[λ] 5 +a 7,0 ×[λ] 7 +[0 1 ] 0 ,
R 1,1 =a 1,1 ×[λ] 1 +a 3,1 ×[λ] 3 +a 5,1 ×[λ] 5 +a 7,1 ×[λ] 7 +[0 1 ] 1 ,
R 1,2 =a 1,2 ×[λ] 1 +a 3,2 ×[λ] 3 +a 5,2 ×[λ] 5 +a 7,2 ×[λ] 7 +[0 1 ] 2 ,
R 1,3 =a 1,3 ×[λ] 1 +a 3,3 ×[λ] 3 +a 5,3 ×[λ] 5 +a 7,3 ×[λ] 7 +[0 1 ] 3 ,

(処理3′(23))
は[λ]=R0,0+R1,0,[λ]=R0,2+R1,2を(3,4)Shamir法における分散値とし、(2,2)Shamir法で秘密分散した[0を計算して以下を計算する。SはR′0,1をSに送る。ただし、a′i,jは2次式を1次式に変換する行列A’における位置i,jにおける要素である。
R′0,0=a′0,0×[λ]+a′2,0×[λ]+[0
R′0,1=a′0,1×[λ]+a′2,1×[λ]+[0
(Processing 3' (23))
S 0 is [λ] 0 = R 0,0 + R 1,0 , [λ] 2 = R 0,2 + R 1,2 is the variance value in the (3,4) Shamir method, and the (2,2) Shamir method Calculate the secret-shared [0 0 ] j and calculate the following. S0 sends R'0,1 to S1 . where a'i ,j is the element at position i,j in the matrix A' that transforms the quadratic to linear.
R′ 0,0 =a′ 0,0 ×[λ] 0 +a′ 2,0 ×[λ] 2 +[0 0 ] 0 ,
R′ 0,1 =a′ 0,1 ×[λ] 0 +a′ 2,1 ×[λ] 2 +[0 0 ] 1 ,

(処理3′(24)) (Processing 3' (24))

は[λ]=R0,1+R1,1,[λ]=R0,3+R1,3を(3,4)Shamir法における分散値とし、(2,2)Shamir法で秘密分散した[0を計算して以下を計算する。SはR′1,0をSに送る。
R′1,0=a′1,0×[λ]+a′3,0×[λ]+[0
R′1,1=a′1,1×[λ]+a′3,1×[λ]+[0
S 1 is [λ] 1 = R 0,1 + R 1,1 , [λ] 3 = R 0,3 + R 1,3 is the variance value in the (3,4) Shamir method, and the (2,2) Shamir method Calculate the secret-shared [0 0 ] j and calculate the following. S 1 sends R' 1,0 to S 0 .
R′ 1,0 =a′ 1,0 ×[λ] 1 +a′ 3,0 ×[λ] 3 +[0 1 ] 0 ,
R′ 1,1 =a′ 1,1 ×[λ] 1 +a′ 3,1 ×[λ] 3 +[0 1 ] 1 ,

(処理3′(25))
は[λ]=R′0,0+R′1,0を(2,2)Shamir法における分散値とし、{λ}=([λ],λ′)を変換用乱数とする。
(Processing 3' (25))
S 0 is [λ] 0 =R′ 0,0 +R′ 1,0 as the variance value in the (2,2) Shamir method, and {λ} 0 =([λ] 0 , λ′ 0 ) as the random number for conversion and

(処理3′(26))
は[λ]=R′0,1+R′1,1を(2,2)Shamir法における分散値とし、{λ}=([λ],λ′)を変換用乱数とする。
(Processing 3' (26))
S 1 is [λ] 1 =R′ 0,1 +R′ 1,1 as the variance value in the (2,2) Shamir method, and {λ} 1 =([λ] 1 , λ′ 1 ) as the random number for conversion. and

変換用乱数生成3においてu=2,k=2であれば、(7)においてααが復元されるが、入力者が1台のマシンを観察できれば、それから自らが入力した例えばαでααを割った結果がもう一人の入力者のαであることがわかる。よって、もう一人の入力者の秘密情報はαで秘匿されているが、それが解除され2つの分散値が判るため秘密情報λ1が復元され漏洩する。入力者が3人以上であればαααが復元されるが、残りの乱数を分解できないため各入力者の秘密情報は漏洩しない。ただし、u=2としたい場合、一人の入力者が入力者0,1となり、もう一人の入力者が入力者2,3となって4つの秘密情報及び乱数を用いれば、例えば入力者0,1は入力者2,3のααを分解できないので、個別の秘密情報は漏洩しない。よって、マシンS0,S1が各々入力者0,1及び入力者2,3となれば変換用乱数をマシン間で自動的に生成できる。逆に、u>4であっても、(1)~(4)の処理を各入力者が行うことにより実現できることは明らかである。また例えば、u=3,t=4,k=3として入力者i(i=0,1,2)は秘密情報λiを(3,12)Shamir法で秘密分散し、3つの分散値を乗算して(7,12)Shamir法に対応する乗算結果を得るが、1回次数変換処理を行えば(4,6)Shamir法に対応する変換用乱数を得ることができる。この(4,6)Shamir法に対応する変換用乱数を各マシンが1つずつ持つことにより(4,4)Shamir法に対応する変換用乱数とできる。よって、演算を行うマシン数tとkは同じとする必要はなく、最終的に設定されるkも当初のkと変えることができる。また、(9)~(10)の次数変換を行う回数もu,t,kの設定及び最終的に必要な分散式の次数により異なる。変換用乱数生成3’においてu=4とする理由は上記よりu>2である必要があり、u=3,t=k=2であれば乗算結果はu(k-1)より3次式となり、半減できないためである。 If u=2 and k=2 in the transformation random number generator 3, α 0 α 1 is restored in (7). It can be seen that the result of dividing α 0 α 1 by , is α 1 of the other input person. Therefore, although the secret information of the other input person is kept secret by α1 , it is released and the two variance values are known, so the secret information λ1 is restored and leaked. If there are three or more input persons, α 0 α 1 α 2 will be restored, but since the remaining random numbers cannot be decomposed, the confidential information of each input person will not be leaked. However, when it is desired to set u=2, one input person becomes input persons 0 and 1, and another input person becomes input persons 2 and 3. Using four secret information and random numbers, for example, input persons 0 and 1 1 cannot resolve α 2 α 3 of input persons 2 and 3, so individual secret information is not leaked. Therefore, if the machines S0 and S1 are the input persons 0 and 1 and the input persons 2 and 3 respectively, the random numbers for conversion can be automatically generated between the machines. Conversely, even if u>4, it is clear that each input person can perform the processes (1) to (4). Also, for example, with u=3, t=4, k=3, the input person i (i=0, 1, 2) secret-shares the secret information λi by the (3, 12) Shamir method, and multiplies the three shared values. As a result, a multiplication result corresponding to the (7, 12) Shamir method is obtained, but if the order conversion process is performed once, conversion random numbers corresponding to the (4, 6) Shamir method can be obtained. When each machine has one conversion random number corresponding to the (4,6) Shamir method, a conversion random number corresponding to the (4,4) Shamir method can be obtained. Therefore, it is not necessary to make the number of machines t and k to be the same, and the finally set k can be changed from the initial k. In addition, the number of times the order conversions of (9) to (10) are performed also varies depending on the settings of u, t, and k and the order of the finally required dispersion formula. The reason why u=4 in the conversion random number generator 3′ is that u must be greater than 2 from the above. This is because it cannot be halved.

また、変換用乱数生成の安全性としては以下が言える。変換用乱数生成3’において、例えばSは一つの秘密情報λについて[λ,[αλ,[βλ,[γλと4個の分散値を持つが、これらは異なる乱数がかけられているため、k=2であっても解くことができない。また、処理3′(19)、(20)において乱数が外され、例えばSは[λ],[λ],[λ],[λ]の4個の分散値を持つが、この分散値は分散値同士の乗算結果であるので、5個集めなければ解けない。また、(23)において次数が半減され3個集めればよくなるが、Sは[λ],[λ]の2個しか持たない。最後に、もう1度次数削減され、2個集めればよくなるが、Sは[λ]しか持たないので解けない。よって、この手法によって生成された変換用乱数の値は二人以上の入力者が結託しないならば、誰も知らない値となる。よって、この手法は情報理論的安全性をもつといえる。ただし上記において、行列AとA’の積をA”としてその各要素をかけて2回の次数変換を1回にしてもよい。
In addition, the following can be said about the security of random number generation for conversion. In the conversion random number generator 3′, for example, S 0 generates [λ 3 ] 0 , [ α 3 λ 3 ] 2 , [β 3 λ 3 ] 4 , [γ 3 λ 3 ] 6 and 4 for one secret information λ 3 . However, since they are multiplied by different random numbers, they cannot be solved even if k=2. Also, the random numbers are removed in process 3 ' ( 19) and ( 20 ) . , this variance value is the result of multiplication of the variance values, so it is impossible to solve unless five are collected. Also, in (23), the order is halved and it is sufficient to collect three, but S 0 has only two, [λ] 0 and [λ] 2 . Finally, the order is reduced once again, and we only have to collect two, but S 0 has only [λ] 0 , so it is not solvable. Therefore, the value of the conversion random number generated by this method will be a value that no one knows unless two or more input persons collude. Therefore, it can be said that this method has information-theoretic security. However, in the above description, the product of matrices A and A' may be defined as A'', and each element thereof may be multiplied so that the two degree conversions are performed once.

以下では上記変換用乱数生成処理によって、変換用乱数

Figure 0007240037000025


が事前に準備されているとする。 In the following, the conversion random number
Figure 0007240037000025


is prepared in advance.

[分散3] [Dispersion 3]

次に、入力者装置12AのCPU22における分散部42が実行する分散3を、図23を参照して説明する。 Next, distribution 3 executed by the distribution unit 42 in the CPU 22 of the input person's device 12A will be described with reference to FIG.

ステップ402で、分散部42は、k個の乱数α、α、・・・、αk-1を生成する。 At step 402, the distribution unit 42 generates k random numbers α 0 , α 1 , . . . , α k−1 .

ステップ404で、分散部42は、以下を計算する。 At step 404, distribution unit 42 calculates:

α(a+1)=α×(a+1)(α=αα・・・αk-1α(a+1)=α×(a+1)(α=α 0 α 1 . . . α k−1 )

ステップ406で、分散部42は、α=αα・・・αk-1を構成する乱数αiを対応するマシン14Niに送信する。 At step 406, the distribution unit 42 sends the random numbers αi forming α=α 0 α 1 . . . α k−1 to the corresponding machines 14Ni.

入力者装置12B、12Cも、図23と同様の処理を実行する。例えば、ステップ404では、入力者装置12B、12Cの分散部42はそれぞれ、β、β、・・・、βk-1、γ、γ、・・・、γk-1を生成し、以下を計算する。 The input person's devices 12B and 12C also perform the same processing as in FIG. For example, in step 404 , the distributing units 42 of the input person's devices 12B and 12C respectively generate β 0 , β 1 , . and compute

β(b+1)=β×b(β=ββ・・・βk-1β(b+1)=β×b(β=β 0 β 1 β k−1 )

γ(c+1)=γ×c(γ=γγ・・・γk-1γ(c+1)=γ×c(γ=γ 0 γ 1 . . . γ k−1 )

α、β、γ(i=0、・・・、k-1)を秘密分散して、必要時にマシンSがα、β、γを復元してもよい。 α i , β i , γ i (i=0, . . . , k−1) may be secret shared so that machine S i restores α i , β i , γ i when needed.

[秘匿積和演算3] [Confidential multiply-add operation 3]

次に、マシン14N0~14Nn-1のCPU22における秘匿積和演算部44が実行する秘匿積和演算3を、図24を参照して説明する。 Next, the secure sum-of-products operation 3 executed by the secure sum-of-products operation unit 44 in the CPU 22 of the machines 14N0 to 14Nn-1 will be described with reference to FIG.

ステップ412で、秘匿積和演算部44は、以下を計算する。
[φωαβ(a+1)(b+1)]=α(a+1)×β(b+1)×[φ]
[εηα(a+1)]=α(a+1)×[ε]
[λμβ(b+1)]=β(b+1)×[μ]
[τργ(c+1)]=γ(c+1)×[ρ]
At step 412, the secure sum-of-products operation unit 44 calculates the following.
[φωαβ(a+1)(b+1)] i =α(a+1)×β(b+1)×[φ] i
[εηα(a+1)] i =α(a+1)×[ε] i
[λμβ(b+1)] i =β(b+1)×[μ] i
[τργ(c+1)] i =γ(c+1)×[ρ] i

ステップ414で、秘匿積和演算部44は、乱数δj∈Z/pZを生成する。 At step 414, the secure sum-of-products operation unit 44 generates a random number δjεZ/pZ.

ステップ416で、秘匿積和演算部44は、以下を計算し、ステップ418で、秘匿積和演算部44は、以下の計算値を、予め定めたマシン14N0に送信する。

Figure 0007240037000026

In step 416, the secure sum-of-products operation unit 44 calculates the following, and in step 418, the secure sum-of-products operation unit 44 transmits the following calculated values to the predetermined machine 14N0.
Figure 0007240037000026

予め定めたマシン14N0は、以下を計算し、他のマシンに送信するので、ステップ420で、秘匿積和演算部44は、以下の計算値を受信する。

Figure 0007240037000027

Since the predetermined machine 14N0 calculates the following and transmits it to other machines, at step 420, the secure sum-of-products operation unit 44 receives the following calculated values.
Figure 0007240037000027

ステップ422で、秘匿積和演算部44は、以下を計算する。 At step 422, the secure sum-of-products operation unit 44 calculates the following.

Figure 0007240037000028
Figure 0007240037000028

ステップ424で、秘匿積和演算部44は、δを保存する。 At step 424, the secure sum-of-products operation unit 44 stores δj .

δをSが秘密分散して、権限をもつ復元者が必要時に復元してもよい。 δ j may be secret shared by S j and restored when needed by an authorized restorer.

演算結果を得るには復元者装置18の復元部242は[δ(ab+c)]をk個集めて復元し、保存しているδを集めて、復元したδで割れば積和演算結果であるab+cが得られる。 To obtain the calculation result, the restorer 242 of the restorer device 18 collects and restores k [δ(ab+c)] i , collects the stored δi , divides by the restored δ, and obtains the result of the sum-of-products operation. ab+c is obtained.

また、秘匿積和演算においてc=0とすれば秘匿乗算となり、a=1とすれば秘匿加算となる。また、ステップ422のγ(c+1)の前の+を-とすれば秘匿減算となる。 Also, in the secure sum-of-products operation, setting c=0 results in secure multiplication, and setting a=1 results in secure addition. Also, if the + in front of γ(c+1) in step 422 is set to -, then the subtraction is confidential.

(秘匿除算3) (Secret division 3)

また、秘匿除算は以下のように行う。ただし、分散3においてマシン14Niは徐算用の分散値[α′a]とα′を構成するα′をもつとする。 Also, the secret division is performed as follows. However, in variance 3, the machine 14Ni has variance values [α'a] i for division and α' i that make up α'.

予め定められたマシン14N0は、k台のサーバより[α′a]iを収集し、一時的にα′aを復元する。このとき、α′a=0となった場合、除数が0であるので演算を中止する。α′a=0でない場合、マシン14N0は、1/α′aを計算し、他のマシンに送信する。その後、積和演算3において1/α′aをα(a+1)として扱うことによって、秘匿除算が実行される。ただし、1/α′aは1が加えられていないので、ステップ422でμβ(b+1)を削減する処理は省略される。 A predetermined machine 14N0 collects [α'a]i from k servers and temporarily restores α'a. At this time, if α'a=0, the divisor is 0, so the calculation is stopped. If α'a=0, then machine 14N0 calculates 1/α'a and sends it to the other machines. After that, by treating 1/α'a as α(a+1) in the sum-of-products operation 3, secure division is performed. However, since 1 is not added to 1/α'a, the process of reducing μβ(b+1) in step 422 is omitted.

演算の連続及び演算の秘匿も第1の実施の形態と同様に実現できることは明らかである。また、変換用乱数は誰も知らないので、攻撃者となる1入力の入力者と復元者が結託した場合でも秘密情報にかけられた乱数を知ることができず、TUS方式の問題点で説明した解析ができなくなり、利害関係が対立する入出力者間であっても情報理論的に安全な秘匿積和演算が実現される。 It is clear that the continuity of operations and concealment of operations can be realized in the same manner as in the first embodiment. In addition, since no one knows the random number for conversion, even if an attacker who inputs one input and a restorer collude, the random number applied to the secret information cannot be known. Even between input and output parties whose interests are conflicting with each other due to the inability to perform analysis, information-theoretically safe secret sum-of-products operation is realized.

第3の実施の形態によって多くの人または組織が協力してNNマシンの学習などを実現することができる。これによって、各入力者装置の入力情報は他の入力者装置及び復元者装置に漏えいせず、その学習結果などを公開できるようになる。また、第3の実施の形態は最小n=k=2台のNNマシンによって実現でき、少なくとも1つのNNマシンの情報が漏えいしなければ安全であり、一般のビッグデータへの応用が可能である。よって、第3の実施の形態によって、TUS方式で実現できなかった積和演算を含むどのような場合にも適用できる安全な秘匿演算を実現する。 According to the third embodiment, many people or organizations can cooperate to realize learning of the NN machine. As a result, the input information of each input person's device is not leaked to other input person's devices and restorer's devices, and the learning result and the like can be made public. In addition, the third embodiment can be realized by a minimum of n=k=2 NN machines, is safe as long as information of at least one NN machine is not leaked, and can be applied to general big data. . Therefore, according to the third embodiment, a secure confidential operation that can be applied to any case including a sum-of-products operation that could not be realized by the TUS method is realized.

<第4の実施の形態> <Fourth Embodiment>

第4の実施の形態の構成は、図25に示すように、第3の実施の形態の構成(図18)と同様の構成があるので、同一部分には同一の符号を付して、その説明を省略し、異なる部分を説明する。第4の実施の形態では、演算支援装置16を備えている。第4の実施の形態における入力者装置12A0~12C0は、演算支援部を備えていない。演算支援装置16が、演算支援部を備えている。第4の実施の形態では、マシン14N0~14Nn-1の内の予め定められた1台のマシン14NN(マシン数N=1、n=k=2)が秘匿演算を行う。ただし、演算支援装置16は後述するように復元処理も行えるので、復元者装置18はなくてもよい。第2の実施の形態と同様に秘密分散に関するn及びkは最小値である2(任意の数を選択できる)として説明する。 As shown in FIG. 25, the configuration of the fourth embodiment has the same configuration as the configuration of the third embodiment (FIG. 18). The explanation is omitted, and different parts are explained. In the fourth embodiment, an arithmetic support device 16 is provided. The input person's devices 12A0 to 12C0 in the fourth embodiment do not have a computation support unit. The calculation support device 16 has a calculation support unit. In the fourth embodiment, one predetermined machine 14NN (the number of machines N=1, n=k=2) among the machines 14N0 to 14Nn-1 performs the secure operation. However, since the calculation support device 16 can also perform restoration processing as will be described later, the restorer device 18 may be omitted. As in the second embodiment, n and k related to secret sharing are explained as being the minimum value of 2 (any number can be selected).

入力者装置12A~12Cの各々のCPU22の機能部は、図3に示すように、分散部42を備える。マシン14NNのCPU22の機能部は、図4に示すように、秘匿積和演算部44及び秘匿除算部46を備える。演算支援装置16のCPU22の機能部は、図12に示すように、分散部42と演算支援部150を備える。 The functional unit of the CPU 22 of each of the input person's devices 12A to 12C includes a distribution unit 42, as shown in FIG. The functional units of the CPU 22 of the machine 14NN include a secure sum-of-products operation unit 44 and a secure division unit 46, as shown in FIG. The functional unit of the CPU 22 of the calculation support device 16 includes a distribution unit 42 and a calculation support unit 150, as shown in FIG.

第4の実施の形態では、複数の秘密情報の入力者装置12A~12Cと、結果を知る復元者装置18とが異なり、かつ1台の演算支援装置と1台のマシン14NNで秘匿演算を実行する。 In the fourth embodiment, a plurality of secret information input person devices 12A to 12C and a restorer device 18 that knows the results are different, and one computation support device and one machine 14NN execute confidential computation. do.

第4の実施の形態では、利害が対立する入力者装置12A~12Cの間で1台のマシン14NNによって秘匿計算を実現するために、信頼できる演算支援装置が1台あるとする。また、各入力者装置12A~12Cはその演算支援装置と暗号などを用いた安全な通信路を確保しているとする。 In the fourth embodiment, it is assumed that there is one reliable calculation support device in order to realize secure calculation by one machine 14NN among the input person devices 12A to 12C having conflicting interests. Further, it is assumed that each input person's device 12A to 12C secures a secure communication path using encryption or the like with the operation support device.

演算支援装置はマシン14N0~14Nn-1に比べて非常に小さな処理でよく、マシン14NNの処理は攻撃者が知ることができるが、演算支援装置の処理は漏えいしないとする。 It is assumed that the processing of the computational support device is much smaller than that of the machines 14N0 to 14Nn-1, and that the processing of the machine 14NN can be known by an attacker, but the processing of the computational support device is not leaked.

詳細は後述するが、1台のNNマシンで秘匿計算を行う第2の実施の形態との大きな違いは入力者からの攻撃を想定する点である。第2の実施の形態における入力者は全ての情報を知るため攻撃する必要はなく、NNマシン及びそれを観察できる者だけが攻撃者であった。それに対して、本実施の形態における入力者は部分的な情報しか知らず、他の入力者及び演算結果を知るための攻撃を行う可能性がある、よって、積和演算自体を入力者から秘匿するため、1のような定数ではなく、第1の乱数a1を秘密情報に加算して第2の乱数αを乗じたα(a+a1)を公開する。これによって、入力者による攻撃を防ぐ。 Although the details will be described later, the major difference from the second embodiment in which one NN machine performs secure computation is that an attack from an input person is assumed. The input person in the second embodiment did not need to attack to know all the information, and only the NN machine and those who could observe it were the attackers. On the other hand, the input person in this embodiment only knows partial information, and there is a possibility of attacking to know other input people and the operation result. Therefore, instead of a constant such as 1, α(a+a1) obtained by adding the first random number a1 to the secret information and multiplying it by the second random number α is made public. This prevents an attack by an inputter.

[分散4] [Dispersion 4]

各入力者装置12A~12Cから安全な通信路を介して得た秘密情報a,b,cに対する演算支援装置のCPU22における分散部42が実行する分散4を、図26を参照して説明する。 Distribution 4 executed by the distribution unit 42 in the CPU 22 of the arithmetic support device for the secret information a, b, and c obtained from each of the input person devices 12A to 12C via a secure communication channel will be described with reference to FIG.

ステップ432で、分散部42は、乱数α、β、γと乱数a1、b1、c1を生成する。 At step 432, the distribution unit 42 generates random numbers α, β, γ and random numbers a1, b1, c1.

ステップ434で、分散部42は、以下を計算する。
α(a+a1)=α×(a+a1)
β(b+b1)=β×(b+b1)
γ(c+c1)=γ×(c+c1)
At step 434, distribution unit 42 calculates:
α(a+a1)=α×(a+a1)
β(b+b1)=β×(b+b1)
γ(c+c1)=γ×(c+c1)

ステップ436で、分散部42は、α(a+a1)、β(b+b1)、及びγ(c+c1)を、1台のマシン14NNに送信する。 At step 436, the distribution unit 42 transmits α(a+a1), β(b+b1), and γ(c+c1) to one machine 14NN.

ステップ438で、分散部42は、乱数δ、δを生成する。 At step 438, the distribution unit 42 generates random numbers δ 0 and δ 1 .

ステップ440で、分散部42は、δ/αβ、δb1/α、δa1/β、δ/γを計算する。 At step 440, the distribution unit 42 calculates δ 0 /αβ, δ 0 b1/α, δ 0 a1/β, δ 0 /γ.

ステップ442で、分散部42は、δ/αβ、δb1/α、δa1/β、δ/γの秘密分散における以下の分散値[δ/αβ]、[δb1/α]、[δa1/β]、[δ/γ]と[δ/αβ]、[δb1/α]、[δa1/β]、[δ/γ]を計算する。 In step 442, the distributing unit 42 calculates the following distributed values [ δ0 /αβ] 0 , [ δ0b1 /α] 0 , [δ 0 a1/β] 0 , [δ 0 /γ] 0 and [δ 0 /αβ] 1 , [δ 0 b1/α] 1 , [δ 0 a1/β] 1 , [δ 0 /γ] 1 is calculated.

ステップ444で、分散部42は、以下の計算(δ=δδ)をする。
[δ/αβ]=δ[δ/αβ]
[δb1/α]=δ[δb1/α]
[δa1/β]=δ[δa1/β]
[δ/γ]=δ[δ/γ]
At step 444, the distribution unit 42 performs the following calculation (δ=δ 0 δ 1 ).
[δ/αβ] 110 /αβ] 1
[δb1/α] 110 b1/α] 1
[δa1/β] 1 = δ1 [ δ0 a1/β] 1
[δ/γ] 110 /γ] 1

ステップ446で、分散部42は、[δ/αβ]、[δb1/α]、[δa1/β]、[δ/γ]と[δ/αβ]、[δb1/α]、[δa1/β]、[δ/γ]を1台のマシン14NNに送信する。 At step 446, the distribution unit 42 performs [δ 0 /αβ] 0 , [δ 0 b1/α] 0 , [δ 0 a1/β] 0 , [δ 0 /γ] 0 and [δ/αβ] 1 , [δb1/α] 1 , [δa1/β] 1 , [δ/γ] 1 are sent to one machine 14NN.

[積和演算4]
次に、マシン14NNのCPU22における秘匿積和演算部44が実行する積和演算4を、図27を参照して説明する。
[Multiply-sum operation 4]
Next, the sum-of-products operation 4 executed by the confidential sum-of-products operation unit 44 in the CPU 22 of the machine 14NN will be described with reference to FIG.

ステップ452で、秘匿積和演算部44は、以下の計算をする。
[δ{(ab+c)-(a1b1-c1)}]=α(a+a1)×β(b+b1)×[δ/αβ]-α(a+a1)×[δb1/α]-β(b+b1)×[δa1/β]+γ(c+c1)×[δ/γ]
[δ{(ab+c)-(a1b1-c1)}]=α(a+1)×β(b+1)×[δ/αβ]-α(a+1)×[δb1/α]-β(b+1)×[δa1/β]+γ(c+1)×[δ/γ]
At step 452, the secure sum-of-products operation unit 44 performs the following calculations.
0 {(ab+c)−(a1b1−c1)}] 0 =α(a+a1)×β(b+b1)×[δ 0 /αβ] 0 −α(a+a1)×[δ 0 b1/α] 0 −β (b+b1)×[δ 0 a1/β] 0 +γ(c+c1)×[δ 0 /γ] 0
[δ{(ab+c)−(a1b1−c1)}] 1 =α(a+1)×β(b+1)×[δ/αβ] 1 −α(a+1)×[δb1/α] 1 −β(b+1)× [δa1/β] 1 + γ(c+1) × [δ/γ] 1

[演算支援4]
次に、演算支援装置16のCPU22における演算支援部が実行する演算支援4を、図28を参照して説明する。
[Calculation support 4]
Next, the calculation support 4 executed by the calculation support unit in the CPU 22 of the calculation support device 16 will be described with reference to FIG.

ステップ462で、演算支援部は、[δ{(ab+c)-(a1b1-c1)}]と[δ{(ab+c)-(a1b1-c1)}]を収集する。 At step 462, the computation support unit collects [δ 0 {(ab+c)-(a1b1-c1)}] 0 and [δ{(ab+c)-(a1b1-c1)}] 1 .

ステップ464で、演算支援部は、以下を計算する。
[δ{(ab+c)-(a1b1-c1)]=δ[δ{(ab+c)-(a1b1-c1)}]
At step 464, the computation support unit computes:
[δ{(ab+c)-(a1b1-c1)] 010 {(ab+c)-(a1b1-c1)}] 0

ステップ466で、演算支援部は、[δ{(ab+c)-(a1b1-c1)}]0と[δ{(ab+c)-(a1b1-c1)}]1からδ{(ab+c)-(a1b1-c1)を復元する。 At step 466, the computation support unit converts [δ{(ab+c)-(a1b1-c1)}]0 and [δ{(ab+c)-(a1b1-c1)}]1 to δ{(ab+c)-(a1b1- c1) is restored.

ステップ468で、演算支援部は、δ(ab+c+d1)を計算する。ここで、d1=(c1-a1b1)としてもよいが、δ{(ab+c)-(a1b1-c1)}にδ(a1b1-c1)を足して、新たに生成した乱数δd1を足してもよい。 At step 468, the computation support unit computes δ(ab+c+d1). Here, d1 may be set to (c1-a1b1), or δ(a1b1-c1) may be added to δ{(ab+c)-(a1b1-c1)} to add a newly generated random number δd1.

ステップ470で、演算支援部は、演算を継続するか否かを判断し、演算を継続しない場合には、ステップ472で、演算支援部は、上記においてδd1を足さずにδで割ることによりab+cを計算する。 In step 470, the calculation support unit determines whether to continue the calculation. If not, in step 472, the calculation support unit divides δd1 by δ without adding δd1. Compute ab+c.

演算を継続する場合、分散4の図26のステップ438~444の処理は演算手順が判っていれば事前に実行できる。よって、演算中に行われる必須の演算支援処理は演算支援処理4のみとなる。また、演算支援処理は積和演算毎に実行しなくても必要に応じて実行すればよい。例えば、Σδ0(ai+1)(bi+1)などの処理では演算後に1度演算支援処理をするだけでよい。 When the calculation is continued, the processing of steps 438 to 444 in FIG. 26 of Variance 4 can be executed in advance if the calculation procedure is known. Therefore, the calculation support process 4 is the only necessary calculation support process that is performed during calculation. Further, the calculation support processing may be executed as needed without being executed for each sum-of-products calculation. For example, in processing such as Σδ0(ai+1)(bi+1), it is only necessary to perform calculation support processing once after calculation.

[秘匿除算4]
次に、演算支援装置16のCPU22における演算支援部254が実行する秘匿除算4を説明する。本実施の形態における秘匿除算4は、前述した秘匿除算2(図17)において、入力者装置12のCPU22における演算支援部150が実行した処理を、演算支援装置16のCPU22における演算支援部254が実行する点のみが異なるので、その説明を省略する。
[Secret division 4]
Next, the secret division 4 executed by the calculation support unit 254 in the CPU 22 of the calculation support device 16 will be described. Secrecy division 4 according to the present embodiment is performed by the calculation support unit 254 of the CPU 22 of the calculation support device 16 by performing the processing executed by the calculation support unit 150 of the CPU 22 of the input person device 12 in the above-described secret division 2 ( FIG. Since the only difference is the point of execution, the description thereof is omitted.

第4の実施の形態によって1台のマシン14NNと1台の演算支援装置の組み合わせによって、入力者装置及び復元者装置などの利害関係が対立しても安全な秘匿計算が実現できるようになる。一般に、マシン14NNはその制御を担当するICチップまたは専用の制御装置などとセットで動作する場合が多い。よって、そのICチップまたは専用の制御装置に耐タンパ性を持たせ、第4の実施の形態による演算支援機能を追加すれば、大きなシステム変更を伴わず本実施の形態が実現できる。すなわち、マシン14NNは高速演算器として動作し、その動作を観察されてもICチップまたは制御装置が安全であれば、入力情報や解こうとする問題が漏えいしないシステムが構成できる。ただし、演算支援装置16は第2の実施の形態における1個の入力者装置と同様に全ての情報を知るので、演算支援装置16が解析されると秘密情報及び秘匿演算結果が漏洩する。 According to the fourth embodiment, by combining one machine 14NN and one calculation support device, it is possible to realize safe secure computation even if there is a conflict of interest between the input person's device and the restorer's device. In general, the machine 14NN often operates as a set with an IC chip or a dedicated control device that takes charge of its control. Therefore, by imparting tamper resistance to the IC chip or dedicated control device and adding the operation support function according to the fourth embodiment, the present embodiment can be realized without major system changes. That is, the machine 14NN operates as a high-speed computing unit, and if the IC chip or control device is safe even if its operation is observed, a system can be constructed in which input information and problems to be solved are not leaked. However, since the calculation support device 16 knows all the information as in the case of one input person device in the second embodiment, the secret information and the confidential calculation result are leaked when the calculation support device 16 is analyzed.

<第5の実施の形態>
次に、第5の実施の形態を説明する。
第5の実施の形態の構成は、第4の実施の形態の構成(図25参照)と同様であるので、その説明を省略する。
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment will be described.
The configuration of the fifth embodiment is the same as the configuration of the fourth embodiment (see FIG. 25), so description thereof will be omitted.

第5の実施の形態において、第4の実施の形態のように演算支援装置を絶対としなくても第3の実施の形態のような安全性が実現できる手法を考える。第4の実施の形態においては演算支援装置が解析できれば、全ての秘密情報が漏洩する。これは、演算支援装置が第2の実施の形態における入力者のように全ての情報を1元的に管理するためである。これに第3の実施の形態の要素を加え、秘密分散における処理量がNNマシンは大きく演算支援装置は小さいという特徴を生かしながら、1台のマシン14NNと演算支援装置の両方を解析しなければ秘密情報が漏洩しないようにすることが課題である。第5の実施の形態においてもN=1,n=k=2として説明する。 In the fifth embodiment, consider a technique that can realize the safety as in the third embodiment without using an operation support device as in the fourth embodiment. In the fourth embodiment, all confidential information is leaked if the computation support device can analyze it. This is because the arithmetic support device centrally manages all information like the input person in the second embodiment. By adding the elements of the third embodiment to this, it is necessary to analyze both one machine 14NN and the calculation support device while taking advantage of the fact that the amount of processing in the secret sharing is large for the NN machine and the calculation support device is small. The challenge is to prevent confidential information from being leaked. Also in the fifth embodiment, it is assumed that N=1 and n=k=2.

第4の実施の形態では演算支援装置は全ての秘密情報を知るため、演算支援装置だけ攻撃できれば全秘密情報が漏えいする。そこで、第4の実施の形態のように利害が対立する入力者装置間でも1台のマシンで演算可能で、かつ第3の実施の形態のように1台のマシンと演算支援装置の2つが解析されない限り安全な実施の形態を示す。また、第3の実施の形態と同様に変換用乱数を生成するが、演算支援装置は信頼できるとするので、第1の実施の形態の(1-2)と同等に変換用乱数は演算支援装置が生成する。よって、分散5において変換用乱数{μ′}i、{ν′}i、{ε′}i、{ρ′}i、{ω′}iは準備されているとする。 In the fourth embodiment, since the computation support device knows all the confidential information, if only the computation support device can be attacked, all the confidential information will be leaked. Therefore, as in the fourth embodiment, it is possible to perform calculations with one machine even between input person devices having conflicting interests, and as in the third embodiment, one machine and two calculation support devices are required. It shows an embodiment that is safe as long as it is not parsed. In addition, the conversion random numbers are generated in the same manner as in the third embodiment, but since the calculation support device is assumed to be reliable, the conversion random numbers generated by the device. Therefore, it is assumed that transformation random numbers {μ′}i, {ν′}i, {ε′}i, {ρ′}i, and {ω′}i are prepared for variance 5 .

[分散5]
分散5を、入力者装置12Aの分散5のプログラムのフローチャート(図29A)、入力者装置12Bの分散5のプログラムのフローチャート(図29B)、入力者装置12Cの分散5のプログラムのフローチャート(図29C)、演算支援装置16の分散5のプログラムのフローチャート(図29D)、マシン14NNの分散5のプログラムのフローチャート(図29E)、及び分散5のシーケンス図(図29F)を参照して説明する。
[Dispersion 5]
Distribution 5 is shown in the flow chart of the distribution 5 program of the input person apparatus 12A (FIG. 29A), the flow chart of the distribution 5 program of the input person apparatus 12B (FIG. 29B), and the flow chart of the distribution 5 program of the input person apparatus 12C (FIG. 29C). ), the flow chart of the distribution 5 program of the arithmetic support device 16 (FIG. 29D), the flow chart of the distribution 5 program of the machine 14NN (FIG. 29E), and the sequence diagram of the distribution 5 (FIG. 29F).

(分散5(1))
入力者装置12Aは乱数α′、α′を生成して以下を計算してα′(a+1)をマシン14NNと演算支援装置16に送信し、マシン14NNにα′を送信し、演算支援装置16にα′を送信する(図29Aのステップ502A~508A、図29Dのステップ512、図29Eのステップ552も参照)。
α′=α′×α′、 α′(a+1)=α′×(a+1)
(Distribution 5 (1))
The input person's device 12A generates random numbers α' 0 and α' 1 , calculates the following, transmits α'(a+1) to the machine 14NN and the calculation support device 16, transmits α' 0 to the machine 14NN, and calculates Send α' 1 to support device 16 (see also steps 502A-508A of FIG. 29A, step 512 of FIG. 29D, and step 552 of FIG. 29E).
α'=α' 0 ×α' 1 , α'(a+1)=α'×(a+1)

入力者装置12Bは乱数β′、β′を生成して以下を計算してβ′(b+1)をマシン14NNと演算支援装置16に送信し、マシン14NNにβ′を送信し、演算支援装置16にβ′を送信する(図29Bのステップ502B~508B、図29Dのステップ514、図29Eのステップ554も参照)。
β′=β′×β′、 β′(b+1)=β′×(b+1)
The input person's device 12B generates random numbers β' 0 and β' 1 , calculates the following, transmits β'(b+1) to the machine 14NN and the operation support device 16, transmits β' 0 to the machine 14NN, and performs an operation. Send β'1 to support device 16 (see also steps 502B-508B of FIG. 29B, step 514 of FIG. 29D, and step 554 of FIG. 29E).
β'=β' 0 ×β' 1 , β'(b+1)=β'×(b+1)

入力者装置12Cは乱数γ′、γ′を生成して以下を計算してγ′(c+1)をマシン14NNと演算支援装置16に送信し、マシン14NNにγ′を送信し、演算支援装置16にγ′を送信する(図29Cのステップ502C~508C、図29Dのステップ516、図29Eのステップ556も参照)。
γ′=γ′×γ′、 γ′(c+1)=γ′×(c+1)
The input person's device 12C generates random numbers γ' 0 and γ' 1 , calculates the following, transmits γ'(c+1) to the machine 14NN and the operation support device 16, transmits γ' 0 to the machine 14NN, and performs the operation. Send γ' 1 to support device 16 (see also steps 502C-508C of FIG. 29C, step 516 of FIG. 29D, and step 556 of FIG. 29E).
γ'=γ' 0 ×γ' 1 , γ'(c+1)=γ'×(c+1)

α′、β′、γ′(i=0、・・・、k-1)を秘密分散して、必要時にマシン14NN及び演算支援装置16がα′、β′、γ′を復元してもよい。 α′ i , βi , γ′ i (i=0, . i may be restored.

(分散5(2)) (Distribution 5 (2))

マシン14NNは、2以上の乱数a0、a0を生成し、a0=a0×a0を計算して、a0からa0′=a0-1を計算し、乱数ξa0、0、ξa0.1とξ′a0、0、ξ′a0.1を生成して、ξa0=ξa0、0×ξa0.1、ξ′a0=ξa0×a0を計算し、ξ′a0×a0′と、ξa0.1、ξ′a0、1、a0を演算支援装置16に送信する(図29Eのステップ558~568、図29Dのステップ518参照)。 The machine 14NN generates two or more random numbers a0 0 , a0 1 , calculates a0=a0 0 ×a0 1 , calculates a0′=a0−1 from a0, random numbers ξ a0,0 , ξ a0 . 1 and ξ′ a0,0 , ξ′ a0.1 to calculate ξ a0a0,0 × ξ a0.1 , ξ′ a0 = ξ a0 ×a0, and ξ′ a0 ×a0′ and , ξ a0.1 , ξ′ a0,1 , a0 1 to computation support unit 16 (see steps 558-568 in FIG. 29E and step 518 in FIG. 29D).

(分散5(3)) (Distribution 5 (3))

演算支援装置16は、0でない乱数a1、a1、ξa1、0、ξa1.1を生成してa1=a1×a1、ξa1=ξa1、0×ξa1.1を計算してξa1×a1とξa1、0をマシン14NNに送信する(図29Dのステップ520~524、図29Eのステップ570参照)。 Arithmetic support unit 16 generates non-zero random numbers a1 0 , a1 1 , ξ a1,0 , ξ a1.1 and calculates a1=a1 0 ×a1 1 , ξ a1a1,0 × ξ a1.1 and send ξ a1 ×a1 and ξ a1,0 to machine 14NN (see steps 520-524 in FIG. 29D and step 570 in FIG. 29E).

マシン14NNは乱数α、α′を生成し(図29Eのステップ572参照)、演算支援装置16は乱数α、α′を生成し(図29Dのステップ526)、マシン14NNは、以下を計算し(図29Eのステップ574)、演算支援装置16は以下を計算し、マシン14NNに送る(図29Dステップ528、図29Eのステップ576参照)(以降、マシン14NNはi=0、演算支援装置16はi=1に対応する計算を行う)。 Machine 14NN generates random numbers α 0 , α' 0 (see step 572 of FIG. 29E), computational support unit 16 generates random numbers α 1 , α' 1 (step 526 of FIG. 29D), and machine 14NN: (step 574 of FIG. 29E), and computational support unit 16 computes and sends to machine 14NN (step 528 of FIG. 29D, see step 576 of FIG. 29E) (henceforth machine 14NN i=0, computational support The device 16 performs the calculation corresponding to i=1).

Figure 0007240037000029
Figure 0007240037000029

(分散5(4)) (Distribution 5 (4))

マシン14NNは、 Machine 14NN is

Figure 0007240037000030
Figure 0007240037000030

をi=0,1について掛け合わせ、(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、即ち、それぞれ for i=0, 1, (A), (B), (C), (D), (E), i.e., respectively

Figure 0007240037000031
Figure 0007240037000031

を計算して、演算支援装置16に送る(図29Eのステップ578、580、図29Dのステップ530参照)。 is calculated and sent to the computation support unit 16 (see steps 578 and 580 in FIG. 29E and step 530 in FIG. 29D).

(分散5(5)) (Distribution 5 (5))

マシン14NNはi=0に対応する下記式を計算し(図29Eのステップ582)、演算支援装置16はi=1に対応する下記式を計算する(図29Dのステップ532)。ただし、a0+a1=a2とする。 Machine 14NN computes the following equation for i=0 (step 582 of FIG. 29E) and computation support unit 16 computes the following equation for i=1 (step 532 of FIG. 29D). However, a0+a1=a2.

Figure 0007240037000032
Figure 0007240037000032

Figure 0007240037000033

Figure 0007240037000033

(分散5(6)) (Distribution 5 (6))

演算支援装置16はi=1に対応する[α″a2]、[α(a+a2)]をマシン14NNに送信し(図29Dのステップ534、図29Eのステップ584参照)、マシン14NNはα″a2、α(a+a2)を復元する(図29Eのステップ586参照)。 Arithmetic support unit 16 sends [α″a2] 1 , [α(a+a2)] 1 corresponding to i=1 to machine 14NN (see step 534 in FIG. 29D, step 584 in FIG. 29E), and machine 14NN sends α ″Restore a2,α(a+a2) (see step 586 in FIG. 29E).

(分散5(7)) (Distribution 5 (7))

マシン14NNと演算支援装置16は分散5(1)~(6)をb、cに対しても実行し、β(b+b2)、β″b2、γ(c+c2)、γ″c2を得る(図29Dのステップ536、図29Eのステップ588、図29A~29Cも参照)。 29D step 536 in FIG. 29E, step 588 in FIG. 29E, see also FIGS. 29A-29C).

(分散5(8)) (Distribution 5 (8))

演算支援装置16は乱数χと乱数ε、τ、ω、λ、κ、ζを生成して、ε、τ、ω、λ、κ、ζを秘密分散して以下を計算し、変換用乱数{ε}、{τ}、{ω}、{λ}、{κ}、{ζ}をマシン14N0に送る(図29Dのステップ540、542参照)。
[χε]=χ×[ε]
[χτ]=χ×[τ]
[χφω]=χ×[φ]
[χλ]=χ×[λ]
[χκ]=χ×[κ]
[χζ]=χ×[ζ]
{ε}=([ε]、[χε]、ε
{ρ}=([ρ]、[χρ]、ρ
{ω}=([ω]、[χω]、ω
{μ}=([μ]、[χμ]、μ
{ν}=([ν]、[χν]、ν
{ζ}=([ζ]、[χζ]、ζ
The calculation support device 16 generates a random number χ and random numbers ε, τ, ω, λ, κ, and ζ, secret-shares ε, τ, ω, λ, κ, and ζ to calculate the following, and converts random numbers { ε}, {τ}, {ω}, {λ}, {κ}, {ζ} to machine 14N0 (see steps 540, 542 in Figure 29D).
[χε] 1 =χ×[ε] 1
[χτ] 1 =χ×[τ] 1
[χφω] 1 =χ×[φ] 1
[χλ] 1 = χ × [λ] 1
[χκ] 1 = χ×[κ] 1
[χζ] 1 = χ×[ζ] 1
{ε}=([ε] 0 , [χε] 1 , ε 0 )
{ρ}=([ρ] 0 , [χρ] 1 , ρ 0 )
{ω}=([ω] 0 , [χω] 1 , ω 0 )
{μ}=([μ] 0 , [χμ] 1 , μ 0 )
{ν}=([ν] 0 , [χν] 1 , ν 0 )
{ζ}=([ζ] 0 , [χζ] 1 , ζ 0 )

第3の実施の形態で説明した複数の入力者による変換用乱数生成3’を用いて変換用乱数が生成されている場合、S1に相当する演算支援装置16が最終結果である例えば[ε]とεを得、S0に相当するマシン14N0が[ε]とεを既に得ている。この場合、演算支援装置16はステップ538の乱数生成を省略でき、ステップ540の処理を行った後、ステップ542において例えば[χε]のみをマシン14N0に送ればよい(他のτ、ω、λ、κ、ζも同様)。
[秘匿積和演算5]
When conversion random numbers are generated using the conversion random number generator 3′ by a plurality of input persons described in the third embodiment, the calculation support device 16 corresponding to S1 is the final result, for example [ε] 1 and ε 1 , and machine 14N0 corresponding to S0 has already obtained [ε] 0 and ε 0 . In this case, the arithmetic support unit 16 can omit the random number generation in step 538, and after performing the processing in step 540, for example, only [χε] 1 can be sent to the machine 14N0 in step 542 (the other τ, ω, λ , κ and ζ).
[Confidential multiply-add operation 5]

次に、マシン14NNのCPU22における秘匿積和演算部44が実行する秘匿積和演算5と、演算支援装置16のCPU22における演算支援部150が実行する演算支援5とをそれぞれ、図30、図31を参照して説明する。 Next, FIG. 30 and FIG. 31 respectively show the secure sum-of-products operation 5 executed by the secure sum-of-products operation section 44 in the CPU 22 of the machine 14NN and the calculation support 5 executed by the calculation support section 150 in the CPU 22 of the calculation support device 16. will be described with reference to

図30のステップ602で、マシン14NNの秘匿積和演算部44は、乱数δ∈Z/pZを生成する。 At step 602 in FIG. 30, the secure sum-of-products operation unit 44 of the machine 14NN generates a random number δ 0 ∈Z/pZ.

図31のステップ612で、演算支援装置16の演算支援部150は、乱数δ∈Z/pZを生成する。 At step 612 in FIG. 31, the computation support unit 150 of the computation support device 16 generates a random number δ 1 εZ/pZ.

図30のステップ604で、マシン14NNの秘匿積和演算部44は、i=0として以下を計算する。 At step 604 in FIG. 30, the secure sum-of-products operation unit 44 of the machine 14NN calculates the following with i=0.

Figure 0007240037000034
Figure 0007240037000034

を送信する。 to send.

図31のステップ614で、演算支援装置16の演算支援部150は、i=1として以下を計算して、ステップ616でマシン14NNに送る。 At step 614 of FIG. 31, the calculation support unit 150 of the calculation support device 16 calculates the following with i=1 and sends it to the machine 14NN at step 616.

Figure 0007240037000035
Figure 0007240037000035

図30のステップ606で、マシン14NNのCPU22における秘匿積和演算部44は、上記2つの式(i=0,1)を掛け合わせ、以下を計算する。 At step 606 in FIG. 30, the secure sum-of-products operation unit 44 in the CPU 22 of the machine 14NN multiplies the above two equations (i=0, 1) to calculate the following.

Figure 0007240037000036
Figure 0007240037000036

図30のステップ608で、マシン14NNのCPU22における秘匿積和演算部44は、以下を計算する。 At step 608 in FIG. 30, the secure sum-of-products calculator 44 in the CPU 22 of the machine 14NN calculates the following.

Figure 0007240037000037
Figure 0007240037000037

Figure 0007240037000038
Figure 0007240037000038

[演算支援処理5]
次に、演算支援装置16のCPU22における演算支援部150が実行する演算支援処理5を、図32を参照して、説明する。
[Calculation support processing 5]
Next, calculation support processing 5 executed by the calculation support unit 150 in the CPU 22 of the calculation support device 16 will be described with reference to FIG.

ステップ622で、演算支援部150は、[δ(ab+c)]と[δ(ab+c)]を収集する。 At step 622, the computation support unit 150 collects [δ 0 (ab+c)] 0 and [δ(ab+c)] 1 .

ステップ624で、演算支援部150は、以下を計算する。
[δ{(ab+c)]=δ[δ(ab+c)]
At step 624, computation support unit 150 calculates:
[δ{(ab+c)] 010 (ab+c)] 0

ステップ626で、演算支援部150は、[δ(ab+c)]と[δ(ab+c)]からδ(ab+c)を復元する。 At step 626 , the computation support unit 150 restores δ(ab+c) from [δ(ab+c)] 0 and [δ(ab+c)] 1 .

演算を継続する場合、マシン14N0と演算支援装置16は新たにa0、a1に相当する乱数を生成し、それらを秘匿加算したものを新たなα″a2、さらに復元したδ(ab+c)とα″a2を秘匿加算したものを新たなα(a+a2)とすればよい。 When continuing the calculation, the machine 14N0 and the calculation support device 16 newly generate random numbers corresponding to a0 and a1, add them secretly to obtain a new α″a2, and restore δ(ab+c) and α″. A new α(a+a2) may be obtained by secretly adding a2.

秘匿徐算はa2を秘匿徐算4におけるa1とすれば、同様に実現可能である。 Secret division can be realized similarly if a2 is set to a1 in secret division 4. FIG.

本実施の形態において演算支援装置16は秘密情報a,b,cを知らず、それらを復元することなく、演算支援装置16はとマシン14NNによって生成された乱数の秘匿加算を行い、入力者が知らない第1の乱数の加算と第2の乱数の乗算を行う。よって、攻撃者が演算支援装置16を攻撃しただけでは秘密情報は漏洩せず、マシン14NNも一緒に解析しなければ秘密情報は漏洩しない。よって、第5の実施の形態によって演算支援装置のみが解析されても安全なシステムが構築できる。 In the present embodiment, the computation support device 16 does not know the secret information a, b, and c, and without restoring them, the computation support device 16 secretly adds the random numbers generated by the machine 14NN so that the input person does not know. Addition of the first random number and multiplication of the second random number are performed. Therefore, confidential information will not be leaked if an attacker only attacks the operation support device 16, and confidential information will not be leaked unless the machine 14NN is also analyzed. Therefore, a safe system can be constructed even if only the arithmetic support device is analyzed according to the fifth embodiment.

また、第2、第4の実施の形態において演算を継続する場合、入力者装置12は新たなα,β,γに対して新たなδを生成し、δ/αβ、δ/α、δ/β、δ/γを計算する必要があるが、本実施の形態と同様に、例えば{ε}=([ε]、[χε]、ε)となる変換用乱数をマシン14NNに送り(他の変換用乱数も同様)、秘匿積和演算2及び4において秘匿積和演算5と同様の演算を行えば、演算を継続するためにδ/αβ、δ/α、δ/β、δ/γを演算中に計算する必要がなくなる(ただし、図30でa0=b0=0、α″=β″=γ″=0であり、第2の実施の形態のみa1=b1=c2=1とする。それに伴いa0、b0等に関する図30、31の演算は省略される)。すなわち、{ε}=([ε]、[χε]、ε)の形式の変換用乱数が事前に準備されていればよい。 Further, when continuing the calculation in the second and fourth embodiments, the input person's device 12 generates new δ0 for new α, β, γ, and δ0 /αβ, δ0 /α , δ 0 /β, and δ 0 /γ need to be calculated, but as in the present embodiment, for example, {ε}=([ε] 0 , [χε] 1 , ε 0 ) for transformation random numbers is sent to the machine 14NN (other random numbers for conversion are also the same), and if the same calculation as the secret product-sum calculation 5 is performed in the secret product-sum calculations 2 and 4, δ 0 /αβ, δ 0 / It becomes unnecessary to calculate α, δ 0 /β, δ 0 /γ during the calculation (however, in FIG. 30, a0=b0=0, α″=β″=γ″=0, and 30 and 31 regarding a0, b0, etc. are omitted.) That is, {ε}=([ε] 0 , [χε] 1 , ε 0 ) format for conversion should be prepared in advance.

第1の実施の形態~第5の実施の形態では、秘匿演算するマシンが1台または2台を例として説明されたが、1台または2台のマシンを用いて秘匿計算を行う場合に汎用的に用いることができる。 In the first to fifth embodiments, one or two machines that perform secure calculations were explained as examples, but when performing secure calculations using one or two machines, general-purpose can be used for

以上より、秘匿演算するマシンが1台の場合、入力者装置が1台であれば第2の実施の形態が最も高速であり、複数台であり演算支援装置が耐タンパ性を有していれば第4の実施の形態が、複数名であり演算装置も解析される可能性がある場合、第5の実施の形態が推奨される。 From the above, when there is only one machine that performs confidential calculations, the second embodiment is the fastest if there is one input person device, and if there are multiple machines and the calculation support device has tamper resistance. For example, the fifth embodiment is recommended when there is a possibility that the number of persons involved in the analysis of the fourth embodiment is plural and the arithmetic units are also analyzed.

また、秘匿演算するマシンを2台利用できる場合、入力者装置が1台であれば第1の実施の形態が最も高速であり、複数台であれば第3の実施の形態が推奨される。 Also, when two machines can be used for confidential calculation, the first embodiment is the fastest if there is one input person's device, and the third embodiment is recommended if there are a plurality of devices.

12 入力者装置
14N0~14Nn-1 マシン
12 Input person device 14N0 to 14Nn-1 machine

Claims (2)

nを2以上の整数、kを、最小値が2で最大値がnの整数、Lを1以上k以下の整数とし、秘密情報をn個に分散し、n個のうちk個の分散値を集めれば秘密情報を復元でき、k-L個以下では秘密情報を復元できない手段を用いて秘匿演算を行うシステムにおいて、秘密情報に0でない値の第1の乱数を秘匿加算する手段と、その秘匿加算結果に0でない値の第2の乱数を乗じてそのまま秘匿演算に参加する全秘匿演算装置に送る手段と、を有することを特徴とする演算支援装置。 n is an integer of 2 or more, k is an integer with a minimum value of 2 and a maximum value of n, L is an integer of 1 or more and k or less, secret information is distributed to n pieces, and k pieces of n pieces are distributed values In a system that carries out a confidential operation using a means that can restore confidential information by collecting , but cannot reconstruct confidential information with kL or less, means for confidentially adding a first random number having a value other than 0 to confidential information; means for multiplying the result of the encryption addition by a second random number not equal to 0 and sending the result as it is to all the encryption calculation devices participating in the encryption calculation. nを2以上の整数、kを、最小値が2で最大値がnの整数、Lを1以上k以下の整数とし、秘密情報をn個に分散し、n個のうちk個の分散値を集めれば秘密情報を復元でき、k-L個以下では秘密情報を復元できない手段を用いて秘匿演算を行うシステムにおける演算支援装置のコンピュータを、秘密情報に0でない値の第1の乱数を秘匿加算する手段、及びその秘匿加算結果に0でない値の第2の乱数を乗じてそのまま秘匿演算に参加する全秘匿演算装置に送る手段として機能させるプログラム。 n is an integer of 2 or more, k is an integer with a minimum value of 2 and a maximum value of n, L is an integer of 1 or more and k or less, secret information is distributed to n pieces, and k pieces of n pieces are distributed values The secret information can be restored by collecting the secret information, and the secret information can not be restored by kL or less. A program functioning as means for adding, and means for multiplying the result of the secure addition by a second random number not equal to 0 and sending the result as is to all the secure computation devices participating in the secure computation.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012127572A1 (en) 2011-03-18 2012-09-27 富士通株式会社 Secret data processing method, program and device
WO2016129363A1 (en) 2015-02-12 2016-08-18 学校法人東京理科大学 Calculating device relating to concealment computation system employing distribution of secrets

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012127572A1 (en) 2011-03-18 2012-09-27 富士通株式会社 Secret data processing method, program and device
WO2016129363A1 (en) 2015-02-12 2016-08-18 学校法人東京理科大学 Calculating device relating to concealment computation system employing distribution of secrets

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AHMAD AKMAL AMINUDDIN, M. K., 岩村恵市,演算の連続に対して安全な秘密分散法を用いた秘匿計算,情報処理学会研究報告,2017年07月07日,pp.1-8
神宮武志,岩村恵市,除算を含む四則演算に適用可能な秘密分散法を用いた秘匿計算手法の提案, 電子情報通信学会技術研究報告,第115巻 第122号,2015年06月25日,pp.1-7
青井健,神宮武志,岩村惠市,n<2k-1における秘匿計算の安全性検討及び非対称秘密分散との応用,電子情報通信学会技術研究報告,2016年07月07日,第116巻 第129号,pp.237-243

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