WO2022202284A1 - データ共有システム、データ共有方法、およびデータ共有プログラム - Google Patents

データ共有システム、データ共有方法、およびデータ共有プログラム Download PDF

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WO2022202284A1 PCT/JP2022/009938 JP2022009938W WO2022202284A1 WO 2022202284 A1 WO2022202284 A1 WO 2022202284A1 JP 2022009938 W JP2022009938 W JP 2022009938W WO 2022202284 A1 WO2022202284 A1 WO 2022202284A1
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広樹 今林
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Ｅａｇｌｙｓ株式会社
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    • H04L2209/76—Proxy, i.e. using intermediary entity to perform cryptographic operations

Definitions

  • the present disclosure relates to a data sharing system, data sharing method, and data sharing program.
  • Patent Literature 1 discloses an encrypted statistical processing system that performs statistical processing on encrypted data encrypted using a different public key while the encrypted data remains encrypted.
  • the system generates a proxy key for converting encrypted data encrypted using a predetermined public key into encrypted data that can be decrypted using a private key corresponding to a different public key.
  • Patent Document 1 interactively generates a global public key using public keys and private keys of a plurality of service providing devices, and based on the global public key and the private key of each service providing device Since individual proxy keys are generated, the public and private keys of others participating in the system are required in order to utilize the data held by oneself while encrypted, and the amount of communication between each service providing device is increased. It becomes huge.
  • the system described in 1 is statistical processing based on partial statistical processing based on data provided from a part of service providing devices, and higher prediction accuracy is achieved by integrating each data of a plurality of service providers. It does not perform processing such as overall statistics or machine learning that is expected for
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and the purpose is to be able to safely utilize the data held by each person without disclosing the details of the data to others. It is to provide a data sharing system.
  • a data sharing system is a system comprising a plurality of data providing devices, a key management device, a proxy device, and a computing device
  • the key management device is a system key
  • the plurality of data providing devices include a first sensitive data acquisition unit that acquires sensitive data and a user key different from the system key to encrypt sensitive data with a predetermined encryption method.
  • the proxy device includes a second sensitive data acquisition unit that acquires encrypted sensitive data from a plurality of data providing devices; and a conversion unit that converts the sensitive data into the sensitive data in the encrypted space, and the arithmetic device has an execution unit that executes secure calculation based on the converted sensitive data.
  • a data sharing method is a method in a system including a plurality of data providing devices, a key management device, a proxy device, and a computing device, wherein the key management device A step of managing a system key is executed, and the plurality of data providing devices acquires sensitive data, and encrypts the sensitive data with a predetermined encryption method using a user key different from the system key. and the proxy device acquires encrypted sensitive data from a plurality of data providing devices, and converts the acquired sensitive data into sensitive data in a predetermined encrypted space based on the system key. , and the computing device performs a step of performing a secure computation based on the transformed sensitive data.
  • a data sharing program is a program executed by a system including a plurality of data providing devices, a key management device, a proxy device, and a computing device, wherein a key
  • the management device executes a step of managing the system key
  • the plurality of data providing devices obtains the sensitive data and encrypts the sensitive data with a predetermined encryption method using a user key different from the system key.
  • the proxy device acquires encrypted sensitive data from a plurality of data providing devices, and converts the acquired sensitive data into sensitive data in a predetermined encrypted space based on the system key.
  • the computing device performs a step of performing a secure calculation based on the converted sensitive data.
  • the contents of the data held by each person can be safely used without disclosing them to others.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a data sharing system 1;
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of processing according to the first embodiment;
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing an example of a functional configuration of a data providing server 100;
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing an example of a functional configuration of a key management server 200;
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing an example of a functional configuration of a proxy server 300;
  • FIG. 4 is a functional block diagram showing an example of a functional configuration of an arithmetic server 400;
  • FIG. 5 is a functional block diagram showing an example of a functional configuration of a terminal device 500;
  • FIG. It is the figure which showed an example of the data structure of sensitive data.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of processing according to the first embodiment; 3 is a block diagram showing the hardware configuration of a proxy server 300; FIG. FIG. 10 is a conceptual diagram of processing according to the second embodiment; 3 is a functional block diagram showing an example of a functional configuration of a data providing server 600; FIG. 7 is a functional block diagram showing an example of a functional configuration of a proxy server 700; FIG. 9 is a flowchart showing an example of processing according to the second embodiment;
  • Homomorphic encryption As a technology for implementing data processing while preventing information leakage due to unauthorized access, etc., "secret computation” is known, which performs calculations while the data is encrypted.
  • Homomorphic encryption for example, is one of methods for realizing "secret computation”.
  • Homomorphic encryption is an encryption method having homomorphism, and can perform operations such as numerical calculations on encrypted data encrypted using a certain public key while the data is still encrypted. In order to enable data processing of multiple encrypted data with realistic processing performance using homomorphic encryption, these encrypted data must be in the same encryption space, i.e., must have the same public key. must be encrypted with
  • the data sharing system includes a key management device that manages system keys for converting encrypted data into the same encrypted space.
  • the data providing device corresponding to each organization participating in the system encrypts the sensitive data with a predetermined encryption method using the user key corresponding to the organization, which is different from the system key, and transmits it to the proxy device.
  • the proxy device converts the obtained encrypted sensitive data into a predetermined encrypted space based on the system key.
  • the computing device executes secure computation based on the converted sensitive data.
  • the execution result of the secret calculation on the sensitive data converted into the predetermined encryption space based on the system key (corresponding to the encryption key) can be decrypted with the system key (corresponding to the decryption key).
  • secret calculation refers to the process of performing calculations while data is encrypted
  • calculation refers to calculations related to addition, subtraction, multiplication and division, search, analysis, and machine learning. Including calculation.
  • the proxy server 300 converts the sensitive data encrypted in each data providing server 100 into the same encrypted space using the re-encryption key without decrypting it.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a data sharing system 1 according to this embodiment. A configuration of a data sharing system 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
  • the network NW is, for example, a WAN (Wide Area Network), a LAN (Local Area Network), an optical line network, an intranet, etc., but may be composed of any network.
  • the data sharing system 1 is a platform that allows each organization participating in the system to use the data held by each organization without disclosing the detailed contents of the data to other organizations. Note that an organization is not limited to a company or organization, and may be a group such as a department, section, group, or team that is divided according to role.
  • the data providing server 100 is associated with an organization participating in the platform, encrypts the sensitive data held by the organization, and transmits it to the key management server 200.
  • the data providing server 100-1 is associated with "Company A”
  • the data providing server 100-2 is associated with "Company B”
  • the data providing server 100-N is associated with "Company X”.
  • the data providing server 100 encrypts the sensitive data with a predetermined encryption method using a user key different from the system key (described later), and transmits the encrypted data to the proxy server 300 .
  • the data providing server 100 may store and manage the user key within its own server, or store it in another information processing device and manage it (for example, KMS (Key Management Service)). may be outsourced).
  • KMS Key Management Service
  • the data providing server 100 also generates a re-encryption key based on the system key and the user key and transmits it to the proxy server 300 .
  • Sensitive data may be, for example, data containing attribute values for each attribute item (column).
  • the data structure of sensitive data will be described later.
  • the data providing server 100 may encrypt part of the attribute values of the sensitive data using a predetermined encryption method.
  • the key management server 200 manages system keys.
  • the key management server 200 is, for example, a trusted organization in which decryption keys for decrypting encrypted data are managed in an appropriate manner, but may be configured to be included in the proxy server 300 . That is, the proxy server 300 may have a function of managing system keys.
  • the proxy server 300 acquires encrypted sensitive data and a re-encryption key from each data providing server 100, and uses the re-encryption key to convert the acquired sensitive data into sensitive data in a predetermined encrypted space.
  • the calculation server 400 performs secure calculation on sensitive data converted by the proxy server 300 .
  • the computation server 400 performs, for example, retrieval, integration, analysis, data mining, and model learning and inference by machine learning as secure computation.
  • model learning and inference may be performed by statistical techniques or analytical algorithms such as deep learning.
  • the calculation server 400 may, for example, integrate a plurality of converted sensitive data and perform secure calculation on the integrated sensitive data.
  • the execution result of the secret calculation can be decrypted with the system key (corresponding to the decryption key).
  • the terminal device 500 is an information processing device used by the user of the data sharing system 1 .
  • the terminal device 500 is, for example, a PC (Personal Computer), a smartphone, or a tablet terminal. It may also be a wearable terminal such as a head-mounted display, an AR (Augmented Reality)/VR (Virtual Reality)/MR (Mixed Reality) device, or the like.
  • the user may be an employee of an organization that participates in the platform and provides sensitive data, such as an employee of Company A.
  • a linked configuration may also be used.
  • the terminal device 500 requests the calculation server 400 to process sensitive data provided from each data providing server 100 .
  • Data processing includes, for example, retrieval/aggregation processing and/or statistical processing.
  • Data processing also includes processing for integrating sensitive data.
  • a processing request (processing query) for data processing is described by, for example, a CLI (Command Line Interface) such as an SQL statement or a GUI (Graphical User Interface).
  • CLI Common Line Interface
  • GUI Graphic User Interface
  • each server constituting the data sharing system 1 described above will be described below.
  • the functional blocks and processing blocks representing each functional configuration may be implemented by one or more devices, computer processors, or distributed groups of computer processors.
  • the functions performed by the key management server 200, the proxy server 300, and the calculation server 400 may be realized by one device.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of processing according to the first embodiment. An outline of processing in the data sharing system 1 will be described with reference to FIG.
  • the first embodiment uses the "proxy re-encryption method", and the proxy server 300 converts sensitive data encrypted in the data providing server 100 into a predetermined encrypted space without decrypting it.
  • FIG. 2 illustrates a system based on public key cryptography, the conversion can also be realized using common key cryptography.
  • the key management server 200 generates a key pair of a system public key Pkx and a system secret key Skx as system keys.
  • Each data providing server 100 generates a key pair of its own user public key pk and user secret key sk as a user key.
  • a user key and a system key are generated by, for example, a known key generation algorithm or the like.
  • each data providing server 100 acquires the system public key Pkx from the key management server 200, and generates a re-encryption key rk from the user secret key sk and the system public key Pk.
  • the generated re-encryption key rk is transmitted to the proxy server 300 .
  • the re-encryption key rk may be generated, for example, by a key generation algorithm based on the user secret key sk and the system public key Pk, or may be generated by encrypting the user secret key sk with the system public key Pk.
  • the proxy server 300 stores the re-encryption key rk in association with each data providing server 100 .
  • the re-encryption key rk is generated by the data providing server 100 in FIG. 2, it may be generated by the proxy server 300.
  • a secure communication channel is established between the proxy server 300 and the data providing server 100 , and the proxy server 300 obtains the user secret key sk from each data providing server 100 .
  • the proxy server 300 acquires the system public key Pkx from the key management server 200, generates each re-encryption key rk using the user secret key sk and the system public key Pkx corresponding to each data providing server 100, and It may be stored in association with the data providing server 100 .
  • the data providing server 100 encrypts the sensitive data with the user public key pk to generate a ciphertext M.
  • the generated ciphertext M is sent to the proxy server 300 .
  • the proxy server 300 registers (stores) each ciphertext M as data provided by an organization participating in the data sharing system 1 .
  • the calculation server 400 requests the proxy server 300 for sensitive data to be processed.
  • the proxy server 300 encrypts the ciphertext M to be processed using the re-encryption key rk generated by the data providing server 100 that transmitted the ciphertext M, and generates the re-encrypted text M.
  • the proxy server 300 transmits the re-encrypted text M to the computation server 400 .
  • the computing server 400 performs secure computation on the re-encrypted text.
  • the calculation server 400 may integrate the re-encrypted texts M obtained from the proxy server 300 and perform secure computation. Data integration will be described later.
  • the execution result of the secure calculation is sent to the terminal device 500 that requested the data processing.
  • the terminal device 500 used by the user who has the authority to use the execution result can acquire the system secret key Skx from the key management server 200 .
  • the terminal device 500 can use the result of data processing by decrypting the execution result using the system secret key Skx.
  • the execution result of the secure calculation may be sent to the terminal device 500 that requested the data processing via the proxy server 300.
  • the computation server 400 transmits execution results to the proxy server 300 .
  • the proxy server 300 acquires the system secret key Skx from the key management server 200 and decrypts the execution result sent from the calculation server 400 .
  • proxy server 300 encrypts the decrypted execution result with a session key used in a secure communication channel established between proxy server 300 and terminal device 500 , and transmits the decrypted execution result to terminal device 500 .
  • the terminal device 500 can use the result of data processing by decrypting the execution result using the session key.
  • plaintext is regarded as a bit string
  • encryption is performed by performing an exclusive OR for each bit of a random bit string (common key) of the same length.
  • the exclusive OR of the random bit string used for encryption and the ciphertext may be used.
  • the re-encryption key is generated by the exclusive OR of the user common key (user key) and the system common key (system key).
  • the data providing server 100 generates a ciphertext M by XORing the sensitive data and the user common key.
  • the proxy server 300 generates the re-encrypted text M from the exclusive OR of the encrypted text M and the re-encryption key.
  • the proxy server 300 may generate the re-encryption key as described above.
  • the proxy server 300 uses the system public key obtained from the key management server 200 and the user secret key obtained from the data providing server 100 to generate a re-encryption key.
  • the user secret key obtained from each data providing server 100 needs to be properly managed in a reliable environment.
  • the calculation server 400 requests the sensitive data to be processed from the proxy server 300, and the proxy server 300 re-encrypts the text. is generated, the proxy server 300 may periodically execute a process of generating a re-encrypted text and store the re-encrypted text.
  • the calculation server 400 requests the sensitive data to be processed from the proxy server 300, it can be re-encrypted without waiting for the re-encrypted text generation processing to be performed. It is possible to obtain the culture.
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing an example of the functional configuration of the data providing server 100. As shown in FIG. An example of the functional configuration of the data providing server 100 will be described with reference to FIG.
  • the data providing server 100 includes a communication unit 101, a control unit 102, a storage unit 103, a key generation unit 104, and an encryption unit 105.
  • the communication unit 101 has a communication interface circuit for the data providing server 100 to communicate with servers, devices, etc. via the network NW according to a predetermined communication protocol.
  • the predetermined communication protocol is TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) or the like.
  • the communication unit 101 sends the received data to the control unit 102, and also sends the data received from the control unit 102 to a server, a device, etc. via the network NW. Data may be exchanged with functional blocks other than the control unit 102 of the control unit 102 .
  • the communication unit 101 transmits and receives data to and from a device via the network NW, a locally connected device, or the like through a secure communication channel in which security is ensured.
  • the construction of a secure communication channel and the communication method are well-known techniques using common keys (session keys, etc.), public keys, etc., so the description thereof is omitted.
  • the communication unit 101 corresponds to a first sensitive data acquisition unit, and for example, acquires sensitive data owned by an organization participating in the platform.
  • the data providing server 100-1 associated with Company A may acquire sensitive data from a terminal device 500 operated by an employee of Company A.
  • the sensitive data is, for example, information about an individual, and is an attribute value (character string or numerical value).
  • the sensitive data may include an identifier (character string, numerical value, or combination thereof) as an attribute item that serves as an integration key for integrating sensitive data, and a common ID or the like that uniquely identifies an individual may be used as an identifier.
  • Sensitive data may be aggregated based on identifiers. Sensitive data is not limited to information about individuals, and may be log data or the like about devices. The details of the sensitive data and the data structure of the sensitive data will be described later.
  • the communication unit 101 corresponds to a system key acquisition unit, and acquires a system key (system public key and/or system common key) from the key management server 200 .
  • the acquired system key is stored in the storage unit 103 .
  • the control unit 102 is a processor such as a CPU (Central Processing Unit) that controls each function of the data providing server 100 and operates based on a program stored in the storage unit 103 in advance.
  • a DSP digital signal processor
  • a control circuit such as LSI (large scale integration), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field-Programmable Gate Array), or the like may be used.
  • the storage unit 103 has memory devices such as RAM (Random Access Memory) and ROM (Read Only Memory), fixed disk devices such as hard disks, or portable storage devices such as flexible disks and optical disks.
  • the storage unit 103 also stores computer programs, encryption programs, keys, and the like used for various processes of the data providing server 100 .
  • the computer program may be installed in the storage unit 103 from a computer-readable portable recording medium using a known setup program or the like. Examples of portable recording media include CD-ROMs (Compact Disc Read Only Memory) and DVD-ROMs (Digital Versatile Disc Read Only Memory).
  • the computer program may be installed from a predetermined server or the like.
  • the key generation unit 104 generates a user key.
  • the key generation unit 104 generates a key according to the encryption method requested by the encryption unit 105, for example. If the encryption method is, for example, a homomorphic encryption method (Paillier method or the like) that allows computation in an encrypted state, a key pair of a user public key and a user private key is generated.
  • a homomorphic encryption method Pierlier method or the like
  • the encryption method is an order preserving encryption method (OPE method: Order Preserving Encryption) in which the size relationship of the ciphertext matches the size relationship of the corresponding plaintext, and a searchable encryption method that can determine whether the plaintext matches in the encrypted state.
  • OPE method Order Preserving Encryption
  • a user common key is generated.
  • the user key may be a key pair of a user public key and a user secret key, or may be a user common key.
  • the key generation algorithm is a well-known technique, so the explanation is omitted.
  • the key generation unit 104 generates a re-encryption key based on the user key and the system key.
  • the user secret key and system public key are used to generate a re-encryption key.
  • the common key cryptosystem the user common key and the system common key are used to generate a re-encryption key.
  • the re-encryption key may be generated by a key generation algorithm using the user key and the system key, or may be generated by encrypting the user key with the system key.
  • the key generation unit 104 causes the storage unit 103, for example, to store the generated keys and parameters for key generation.
  • the key generation unit 104 may associate the generated key with the encryption method, data to be encrypted (attribute items (columns), etc.), the corresponding data providing server, etc., and store them in the storage unit 103. .
  • the encryption unit 105 encrypts the sensitive data with a predetermined encryption method using a user key different from the system key.
  • the encryption unit 105 encrypts, for example, at least some attribute values of attribute items included in the sensitive data using a predetermined encryption method.
  • the predetermined encryption method includes an encryption method that can operate on at least a part of the attribute values of the sensitive data acquired by the communication unit 101 in an encrypted state.
  • Advanced Encryption Standard DES (Data Encryption Standard), searchable encryption, SHA (Secure Hash Algorithm), MD5 (Message Digest algorithm 5), and so on. Note that, as described above, "calculation” includes calculations related to addition, subtraction, multiplication and division, searches, and calculations related to analysis.
  • the encryption unit 105 uses a homomorphic encryption method (Paillier method, Lifted -Ellgamal method, Somewhat Homomorphic Encryption method, Fully Homomorphic Encryption method, etc.) and/or order preserving encryption method (OPE method) (corresponding to the first encryption method). Since the processing efficiency differs depending on the encryption method depending on the content of the data processing, each attribute item has an attribute value encrypted by homomorphic encryption, an attribute value encrypted by order-preserving encryption, and an attribute value encrypted by order-preserving encryption. Attribute values encrypted by a searchable encryption method may be stored by a plurality of encryption methods.
  • the data format is a character string (equivalent to the second attribute value)
  • use a searchable encryption method or AES encryption etc. (equivalent to the second encryption method) that can perfectly match on the ciphertext.
  • Encrypt The above encryption method applied to each data format is just an example, and the organization that holds the sensitive data determines which attribute value to encrypt and which encryption method to use. may decide. Also, it may be determined whether or not to encrypt the sensitive data according to the intention of the individual.
  • identifiers included as attribute items are not encrypted.
  • the calculation server 400 can generate data (integrated data) by integrating the sensitive data converted into the same encrypted space by re-encryption with the re-encryption key based on the identifier. Integrated data will be described later. Since the encryption algorithm is a well-known technology, its explanation is omitted.
  • the encryption unit 105 may encrypt identifiers included as attribute items.
  • FIG. 4 is a functional block diagram showing an example of the functional configuration of the key management server 200. As shown in FIG. An example of the functional configuration of the key management server 200 will be described with reference to FIG.
  • the key management server 200 includes a communication unit 201, a storage unit 210, and a key generation unit 220.
  • the communication unit 201 has a communication interface circuit for the key management server 200 to communicate with each server, device, etc. via the network NW according to a predetermined communication protocol.
  • the communication unit 201 transmits the system key generated by the key generation unit 220 to the server, device, etc. via the network NW.
  • the communication unit 201 transmits and receives data to and from a device or the like via the network NW through a secure communication channel in which security is ensured.
  • the construction of a secure communication channel and the communication method are well-known techniques, so description thereof will be omitted.
  • the storage unit 210 corresponds to a key management unit that manages the system key generated by the key generation unit 220.
  • the storage unit 210 includes memory devices such as RAM (Random Access Memory) and ROM (Read Only Memory), fixed disk devices such as hard disks, or portable storage devices such as flexible disks and optical disks.
  • the storage unit 210 also stores computer programs, databases, tables, and the like used for various processes of the key management server 200 .
  • the computer program may be installed in the storage unit 210 from a computer-readable portable recording medium using a known setup program or the like. Examples of portable recording media include CD-ROMs (Compact Disc Read Only Memory) and DVD-ROMs (Digital Versatile Disc Read Only Memory).
  • the computer program may be installed from a predetermined server or the like.
  • the key generation unit 220 generates a system key.
  • the key generation unit 220 may generate a key according to an encryption method applied to sensitive data, for example. If the encryption method is a public key encryption method, for example, a homomorphic encryption method (Paillier method), a key pair of a system public key and a system secret key is generated.
  • a public key encryption method for example, a homomorphic encryption method (Paillier method)
  • Paillier method homomorphic encryption method
  • the encryption method is a common key encryption method, such as an order-preserving encryption method or a searchable encryption method
  • a user common key is generated.
  • the system key may be a key pair of a system public key and a system secret key, or may be a system common key. Note that the key generation algorithm is a well-known technique, so the explanation is omitted.
  • FIG. 5 is a functional block diagram showing an example of the functional configuration of the proxy server 300. As shown in FIG. An example of the functional configuration of the proxy server 300 will be described with reference to FIG.
  • the proxy server 300 includes a communication unit 301, a storage unit 302, a conversion unit 303, and a control unit 304.
  • the communication unit 301 corresponds to a second sensitive data acquisition unit that acquires encrypted sensitive data from multiple data providing servers 100 .
  • the communication unit 301 has the same functions as the communication unit 101 of the data providing server 100, and has a communication interface circuit for the proxy server 300 to communicate with servers, devices, etc. via the network NW according to a predetermined communication protocol. .
  • the communication unit 301 corresponds to a re-encryption key acquisition unit that acquires a re-encryption key from each data providing server 100, and stores the acquired re-encryption key in the storage unit 302.
  • the communication unit 301 may transmit the converted sensitive data stored in the storage unit 302 in response to a request from the calculation server 400, or may transmit the converted sensitive data in response to the conversion of the sensitive data. You may make it transmit to the calculation server 400.
  • the storage unit 302 is a storage device having the same function as the storage unit 103 of the data providing server 100, and stores computer programs, databases, tables, etc. used for various processes of the proxy server 300.
  • the computer program may be installed in the storage unit 302 from a computer-readable portable recording medium using a known setup program or the like.
  • the conversion unit 303 converts the sensitive data acquired from the data providing server 100 into sensitive data in a predetermined encrypted space using the corresponding re-encryption key.
  • the conversion unit 303 performs conversion by encrypting the obtained sensitive data using an encryption method according to the encryption method. For example, the sensitive data encrypted by the homomorphic encryption method in the data providing server 100 is re-encrypted using the re-encryption key obtained from the data providing server 100 by the same homomorphic encryption method. Further, sensitive data encrypted with AES is re-encrypted using the same re-encryption key with the same AES.
  • the conversion unit 303 causes the storage unit 302 to store (register) the converted sensitive data.
  • sensitive data provided by the same data providing server 100 may include different encryption methods depending on the data format of the attribute value of the attribute item. For example, attribute values re-encrypted with homomorphic encryption and attribute values re-encrypted with AES may be included. However, since the re-encryption uses a re-encryption key generated based on the system key managed by the key management server 200, the attribute values of each attribute item are encrypted using the same encryption method for each predetermined encryption method. transformed into space.
  • the control unit 304 is a processor such as a CPU (Central Processing Unit) that controls each function of the proxy server 300 and operates based on a program stored in the storage unit 302 in advance.
  • the control unit 304 reads out the converted sensitive data from the storage unit 302 in response to a request from the calculation server 400 and controls the communication unit 301 to transmit it to the calculation server 400 .
  • CPU Central Processing Unit
  • FIG. 6 is a functional block diagram showing an example of the functional configuration of the computation server 400. As shown in FIG. An example of the functional configuration of the computation server 400 will be described with reference to FIG. 6 .
  • the calculation server 400 includes a communication unit 401 , a storage unit 410 and a control unit 420 .
  • the communication unit 401 has a communication interface circuit for the calculation server 400 to communicate with each server, device, etc. via the network NW according to a predetermined communication protocol.
  • the communication unit 401 sends the received data to the control unit 420, and also sends the data received from the control unit 420 to a server, an apparatus, or the like via the network NW.
  • the communication unit 401 transmits and receives data to and from a device or the like via the network NW through a secure communication channel in which security is ensured.
  • the construction of a secure communication channel and the communication method are well-known techniques, so description thereof will be omitted.
  • the storage unit 410 has memory devices such as RAM (Random Access Memory) and ROM (Read Only Memory), fixed disk devices such as hard disks, or portable storage devices such as flexible disks and optical disks.
  • the storage unit 410 stores computer programs, databases, tables, and the like used for various processes of the calculation server 400 .
  • the computer program may be installed in the storage unit 410 from a computer-readable portable recording medium using a known setup program or the like. Examples of portable recording media include CD-ROMs (Compact Disc Read Only Memory) and DVD-ROMs (Digital Versatile Disc Read Only Memory).
  • the computer program may be installed from a predetermined server or the like.
  • the storage unit 410 stores the converted sensitive data that the communication unit 401 received from the proxy server 300 .
  • the control unit 420 has an overall control unit 421 , an integrated data generation unit 422 and an execution unit 423 .
  • the overall control unit 421 is a processor such as a CPU (Central Processing Unit) that controls each function of the calculation server 400 and operates based on a program stored in advance in the storage unit 410 .
  • a DSP digital signal processor
  • a control circuit such as LSI (large scale integration), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field-Programmable Gate Array) may be used as LSI (large scale integration), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field-Programmable Gate Array) may be used.
  • Integrated data generation unit 422 receives from proxy server 300 via communication unit 401 under the control of overall control unit 421, converts sensitive data stored in storage unit 410, and converts sensitive data to be included in sensitive data as attribute items. Integrated data is generated by integration based on an identifier (a common ID in the examples of FIGS. 8 to 11 (described later)). Integrated data generation unit 422 stores the generated integrated data in storage unit 410 .
  • the execution unit 423 executes secure computation based on the converted sensitive data. Then, the execution unit 423 causes the storage unit 410 to store the execution result.
  • the secure computation executed by the execution unit 423 is model learning and inference based on machine learning, and an analysis algorithm such as a statistical method or deep learning may be used.
  • the execution unit 423 may perform secure calculation on sensitive data provided by one data providing server 100 or may perform secure calculation on integrated data generated by the integrated data generating unit 422 .
  • the integrated sensitive data is encrypted for each attribute item using a predetermined encryption method such as homomorphic encryption, order-preserving encryption, searchable encryption, and AES encryption that allows complete matching on ciphertext. Since the data has been converted into sensitive data in the encrypted space, for example, calculations related to addition, subtraction, multiplication, and division, searches, and calculations related to analysis can be performed on the attribute items in the encrypted state.
  • FIG. 7 is a functional block diagram showing an example of the functional configuration of the terminal device 500. As shown in FIG. An example of the functional configuration of the terminal device 500 will be described with reference to FIG.
  • the terminal device 500 includes a communication section 501 , a storage section 502 , an input section 503 , an output section 504 and a control section 505 .
  • the terminal device 500 may be, for example, an information processing device operated by a user belonging to an organization participating in the platform (data sharing system 1).
  • the communication unit 501 has the same functions as the communication unit 101 of the data providing server 100, and has a communication interface circuit for the terminal device 500 to communicate with a server, device, etc. via the network NW according to a predetermined communication protocol. .
  • the communication unit 501 sends the received data to the control unit 505, and also sends the data received from the control unit 505 to a server, an apparatus, or the like via the network NW.
  • the user operating the terminal device 500 has the authority to use the execution result of the secure calculation for the sensitive data, and receives the system key ( system secret key and/or system common key).
  • the storage unit 502 is a storage device having the same function as the storage unit 103 of the data providing server 100, and stores computer programs, databases, tables, etc. used for various processes of the terminal device 500.
  • the computer program may be installed in the storage unit 502 from a computer-readable portable recording medium using a known setup program or the like.
  • the storage unit 502 may also store a system key for decrypting the execution result of secure calculation from the calculation server 400 .
  • the input unit 503 is an interface that receives user input from the terminal device 500 .
  • the input unit 503 is, for example, a keyboard, a touch panel, or a microphone that detects voice input, but is not limited to these.
  • a user inputs a processing request for data processing via the input unit 503 .
  • the output unit 504 is an interface that outputs information and notifies the user.
  • the output unit 504 is, for example, a display or a speaker that outputs audio, but is not limited to these.
  • the output unit 504 provides the user with the execution result of the data processing by, for example, displaying it on a display.
  • the control unit 505 is a processor such as a CPU (Central Processing Unit) that controls each function of the terminal device 500 and operates based on a program stored in the storage unit 502 in advance.
  • the control unit 505 transmits a processing request for data processing input by the input unit 503 to the calculation server 400 via the communication unit 501 .
  • the control unit 505 acquires execution results of the secure calculation via the communication unit 501 .
  • the control unit 505 decrypts the execution result of the secure calculation with the system key stored in the storage unit 502 and acquires the execution result.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the data structure of sensitive data.
  • sensitive data is information about an individual, and is attribute values (character strings or numerical values) of attribute items (columns) such as age, gender, income, residential area, and purchase information.
  • the sensitive data may include, as an integrated key, an identifier (common ID) that can uniquely identify an individual as an attribute item. Identifiers may be numbers, strings, or combinations thereof.
  • identifier common ID
  • Identifiers may be numbers, strings, or combinations thereof.
  • Sensitive data is not limited to information about individuals, and may be confidential information (sensing data, log data, etc.) about systems such as IoT/NW equipment and industrial equipment.
  • the integrated key is not limited to an identifier that can uniquely identify an individual, and any value that can uniquely identify data in a plurality of tables may be used.
  • FIG. 8 shows tables T1, T2, and T3 in which attribute values of attribute items are stored.
  • Table T1 shows sensitive data provided by data providing server 100-1 (that is, data owned by company A).
  • the sensitive data includes, as attribute items, "common ID” which is an identifier that uniquely identifies an individual, "age” which indicates the age of the individual, “sex” which indicates the gender of the individual, and “” which indicates the income of the individual. Income”, and “Purchase Flag 1” indicating whether or not an individual purchases Product 1.
  • the attribute values of the attribute items “common ID”, "age”, “income”, and “purchase flag 1” are numerical values.
  • the attribute value of "sex” is a category (character string) in FIG. 8, the category may be represented by a numerical value, for example, by associating the sex with the numerical value.
  • the attribute value "450” is stored, and the attribute value "1” is stored for the attribute item "purchase flag 1".
  • attribute values "67890”, “23456”, “90123”, “89012”, and "34567” of the attribute item "common ID” attribute values are stored for each attribute item.
  • the table T2 shows sensitive data provided by the data providing server 100-2 (that is, data owned by company B).
  • the data providing server 100-2 provides sensitive data including attribute items different from those of the company A holding the sensitive data shown in the table T1.
  • the sensitive data includes, as attribute items, a “common ID” that is an identifier that uniquely identifies an individual, a “residence area” that indicates the area in which the individual resides, and a “purchase flag 2”, and “purchase flag 3” indicating whether or not individual product 3 is purchased.
  • the attribute values of the attribute items "common ID”, "purchase flag 2", and “purchase flag 3” are numerical values
  • the attribute value of the attribute item "residence area” is a character string.
  • the attribute value of "residence area” is a category (character string) in FIG. 8, the category may be represented by a numerical value, for example, by associating the area with the numerical value.
  • the attribute value "67890” for the attribute item “common ID”, the attribute value “Tokyo” for the attribute item “residence area”, the attribute value "1” for the attribute item “purchase flag 2”, the attribute The attribute value "0” is stored for the item "purchase flag 3".
  • attribute values "23456”, “89012”, “12345”, “90123”, and "34567” of the attribute item "common ID” attribute values are stored for each attribute item.
  • Attribute items other than "common ID” are different between table T1 and table T2, but records indicated by the same "common ID” correspond to the same individual.
  • the record (individual) specified by the attribute value "67890" of the "common ID” in the table T1 is the same as the record (individual) specified by the attribute value "67890” of the "common ID” in the table T2. .
  • a table T3 shows sensitive data (data held by company C) provided by the data providing server 100-3.
  • the data providing server 100-3 provides sensitive data different from those of company A and company B, which have sensitive data shown in tables T1 and T2.
  • the sensitive data includes, as attribute items, a “common ID” that is an identifier that uniquely identifies an individual, a “spousal flag” that indicates the presence or absence of a spouse, a “number of dependents” that indicates the number of dependents, an individual includes a "purchase flag 4" indicating whether or not the product 4 is purchased.
  • a “common ID” that is an identifier that uniquely identifies an individual
  • a “spousal flag” that indicates the presence or absence of a spouse
  • a “number of dependents” that indicates the number of dependents
  • an individual includes a "purchase flag 4" indicating whether or not the product 4 is purchased.
  • the attribute values of the attribute items "Common ID”, “Spouse Flag", “Number of Supporters”, and "Purchase Flag 4" are numerical values.
  • the attribute value "23456" for the attribute item “common ID”, the attribute value "1” for the attribute item “spouse flag”, the attribute value "3” for the attribute item “number of dependents”, the attribute The attribute value "1” is stored for the item "purchase flag 4". This means that the individual whose common ID is 23456 has a spouse, has three dependents, and has purchased product 4. Similarly, attribute values "90123”, “56789”, “34567”, “78901”, and "12345” of the attribute item "common ID" are stored for each attribute item.
  • Attribute items other than "common ID” are different between table T3 and tables T1 and T2.
  • attribute value of the attribute item "common ID” “56789” and “78901” are included only in table T3. That is, each table may be a group including different records instead of the same group of records.
  • the attribute items included in the sensitive data provided by each data providing server are different except for the "common ID" (identifier).
  • the same attribute item may be included.
  • the attribute value provided by which data providing server is prioritized as integrated data can be determined by a system administrator or the like by appropriately setting.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the data structure of encrypted sensitive data.
  • FIG. 9 shows tables T1e, T2e, and T3e in which attribute values of attribute items other than "common ID" are encrypted.
  • the attribute values other than the "common ID" in the table T1 are encrypted based on the user key (user public key or user common key) managed by the data providing server 100-1 (company A).
  • the attribute items "age”, “income”, and “purchase flag 1" whose attribute values are numerical values are encrypted by homomorphic encryption and/or order-preserving encryption, and the attribute items whose attribute values are character strings are encrypted.
  • "Gender” is encrypted with a searchable encryption method.
  • data whose attribute values are numerical values indicate values encrypted by homomorphic encryption, for example (the same applies to tables T2e and T3e below).
  • the attribute values other than the "common ID" in the table T2 are encrypted based on the user key (user public key or user common key) managed by the data providing server 100-2 (company B).
  • the attribute items “purchase flag 2” and “purchase flag 3” whose attribute values are numeric values are encrypted by homomorphic encryption and/or order-preserving encryption, and the attribute items “residence "Region” is encrypted with a searchable encryption method.
  • table T3e has attribute values other than "common ID" in table T3 encrypted based on a user key (user public key or user common key) managed by data providing server 100-3 (company C).
  • attribute items "spouse flag”, “number of dependents”, and "purchase flag 4" whose attribute values are numerical values are encrypted by homomorphic encryption and/or order-preserving encryption.
  • the proxy server 300 acquires the table T1e as encrypted sensitive data from the data providing server 100-1. Then, the re-encryption key corresponding to the data providing server 100-1 is used to perform encryption in accordance with the encryption method of the attribute item of the table T1e. For example, the attribute items "age”, "income”, and “purchase flag 1" whose attribute values are numerical values are encrypted by homomorphic encryption or order-preserving encryption. Encryption is performed using a key (a key generated based on a user secret key and a system public key) using a homomorphic encryption method, an order-preserving encryption method, or the like.
  • the attribute item "gender" whose attribute value is a character string is encrypted by AES or searchable encryption method, similarly, the re-encryption key (based on the user common key and system common key) The generated key) is used to encrypt by AES, searchable encryption method, or the like.
  • the proxy server 300 encrypts the tables T2e and T3e with the re-encryption key in the same manner as the table T1e.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the data structure of integrated data.
  • the integrated table Tm is an integrated table using the attribute value (identifier) of the attribute item "common ID” included in the re-encrypted table of the tables T1e, T2e, and T3e shown in FIG. 9 as an integrated key.
  • the integrated data includes attribute items such as "common ID”, "age”, “sex”, “income”, “purchase flag 1", “residence area”, “purchase flag 2", “purchase flag 3", “ Spouse flag”, “Number of dependents”, and “Purchase flag 4”. has been made
  • the attribute items "age”, “sex”, “income”, and “purchase flag 1” are sensitive data provided by the data providing server 100-1 (company A).
  • the attribute items “residence area”, “purchase flag 2”, and “purchase flag 3” are sensitive data provided by the data providing server 100-2 (company B).
  • the attribute items “spouse flag”, “number of dependents”, and “purchase flag 4" (columns) are sensitive data provided by the data providing server 100-3 (company C).
  • the attribute values of the attribute items included in the tables T1 and T2 are blank (NULL). ) or storing a dummy numerical value may be determined as appropriate by the administrator or the like of the calculation server 400 .
  • records in which attribute values other than the attribute item "common ID" of integrated data are not stored may be deleted.
  • the attribute values of the attribute items “age”, “income”, “purchase flag 1”, “purchase flag 2”, “purchase flag 3”, “spouse flag”, “number of dependents”, and “purchase flag 4” are It is encrypted by a homomorphic encryption method, an order-preserving encryption method, or the like using an encryption key (a key generated based on a user secret key and a system public key), and converted into the same encryption space.
  • the attribute values of the attribute items "gender” and "residence area” are encrypted with a re-encryption key (a key generated based on the user common key and the system common key) using AES or a searchable encryption method, etc. converted to the same encryption space.
  • the computation server 400 can perform secure computation on the attribute values converted into the same encrypted space.
  • the re-encryption key can be generated by the data providing server 100 based on the user public key information and the user private key information.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an example of processing according to the first embodiment.
  • proxy server 300 re-encrypts sensitive data provided by each organization participating in the platform (data sharing system 1), converts it into a predetermined encrypted space, and processes the data by means of secure computation.
  • the flow of processing is an example, and is not limited to the order shown in FIG. In the following description, for the sake of simplicity, the method for converting encrypted sensitive data into a predetermined encrypted space will be described using a method based on public key cryptography.
  • step S101 the data sharing system 1 executes key generation processing.
  • the key management server 200 generates a system key (key pair of system public key and system secret key).
  • the data providing server 100 also generates a user key (key pair of user public key and user private key). Furthermore, the data providing server 100 acquires the system public key generated by the key management server 200, and generates a re-encryption key based on the user secret key and the system public key.
  • the re-encryption key is basically generated by the data providing server 100 that generates the user public key and the user private key, and the key management server 200 does not generate it ( (This does not apply if the key generation is entrusted.)
  • the key management server 200 receives the re-encrypted key generated by the data providing server 100, and manages it as necessary.
  • step S102 the data providing server 100 encrypts the sensitive data obtained from the organizations participating in the platform with a predetermined encryption method using the user public key.
  • a predetermined encryption method In FIG. 11, for example, encryption is performed using a homomorphic encryption method.
  • the data providing server 100 transmits the encrypted sensitive data and the re-encryption key to the proxy server 300 .
  • step S103 the proxy server 300 encrypts the sensitive data received from the data providing server 100 with the re-encryption key received from the data providing server 100, and converts it into sensitive data in a predetermined encrypted space.
  • the proxy server 300 since the sensitive data is encrypted by the homomorphic encryption method in step S102, the proxy server 300 uses the re-encryption key by the homomorphic encryption method according to the encryption method of the sensitive data. Encrypt.
  • step S ⁇ b>104 the computation server 400 acquires the converted sensitive data from the proxy server 300 .
  • the calculation server 400 may request the proxy server 300 to transmit sensitive data to be processed.
  • the proxy server 300 transmits sensitive data to be processed, which has been converted into a predetermined encrypted space, to the operation server 400 in response to a request from the operation server 400 .
  • step S105 the computation server 400 executes secure computation in response to the data processing request of the terminal device 500.
  • the calculation server 400 for example, integrates a plurality of sensitive data to generate integrated data, and performs model learning and inference by machine learning on the integrated data. Note that model learning and the like may be executed based on sensitive data provided from one data providing server 100 .
  • the calculation server 400 transmits the execution result of the secure calculation to the terminal device 500 that requested the data processing.
  • step S106 the terminal device 500 decrypts the execution result of the secret calculation with the system secret key. Thereby, the terminal device 500 can use the decrypted execution result as plaintext data.
  • the terminal device 500 may be given a system secret key in advance by the key management server 200 as a user authorized to use execution results, or may be given a system secret key as an authenticated user when requesting data processing. You can get the key.
  • Data processing is performed in the data sharing system 1 as described above.
  • FIG. 12 is a block diagram showing the hardware configuration of the proxy server 300. As shown in FIG. Proxy server 300 is implemented in computer 1001 .
  • a computer 1001 includes a CPU 1002 , a main memory device 1003 , an auxiliary memory device 1004 and an interface 1005 .
  • each component of proxy server 300 is stored in auxiliary storage device 1004 in the form of a program.
  • the CPU 1002 reads out a program from the auxiliary storage device 1004, develops it in the main storage device 1003, and executes the above processing according to the program. Also, the CPU 1002 secures a storage area in the main storage device 1003 according to the program.
  • the program is a program that causes the computer 1001 to perform data processing.
  • the auxiliary storage device 1004 is an example of a non-temporary tangible medium.
  • Other examples of non-transitory tangible media include magnetic disks, magneto-optical disks, CD-ROMs, DVD-ROMs, semiconductor memories, etc. that are connected via the interface 1005 .
  • the computer 1001 receiving the distribution may develop the program in the main storage device 1003 and execute the processing.
  • the program may be for realizing part of the functions described above.
  • the program may be a so-called difference file (difference program) that implements the above-described functions in combination with another program already stored in the auxiliary storage device 1004 .
  • the hardware configuration shown in FIG. 12 may be the same configuration for the data providing server 100, the key management server 200, the calculation server 400, and the terminal device 500.
  • FIG. Like the proxy server 300 described above, the operation of each component in these devices is realized by the CPU according to the program stored in the auxiliary storage device.
  • the data sharing system includes a key management server that manages system keys for converting encrypted data into the same encrypted space.
  • the data providing server corresponding to each organization participating in the system encrypts the sensitive data with a predetermined encryption method using the user key corresponding to the organization, which is different from the system key, and sends it to the proxy server.
  • the proxy server converts the acquired encrypted sensitive data into a predetermined encrypted space based on the re-encryption key generated based on the user key and system key.
  • the computation server then executes secure computation based on the converted sensitive data.
  • the execution results of secret calculations on sensitive data converted into a predetermined encryption space based on the re-encryption key can be decrypted using the system key. Therefore, data processing can be performed without disclosing (decoding) the content of sensitive data held by each data providing server to others.
  • the proxy server and the calculation server cooperate while partially communicating to keep secret. Since it becomes possible to perform calculations, execution performance can be improved.
  • the key management server manages system keys (system secret key and/or system shared key) that can decrypt execution results of secret calculations.
  • Authorization to use the execution results of secure calculations can be granted without the cooperation of each data-providing server by assigning a system key managed by a key management server, making authorization easy to manage. is.
  • the processing can be performed at a higher speed than when the cooperation of each data providing server is required in order to use the execution result.
  • the data sharing system uses different encryption methods (for example, a method that allows searching in an encrypted state, a homomorphic encryption method that allows addition and multiplication, etc.). perform calculations.
  • model learning and inference can be performed on sensitive data in an encrypted state using statistical methods or analytical algorithms such as machine learning and deep learning, and sensitive data can be used securely.
  • the data sharing system integrates the converted sensitive data and executes secure calculation.
  • organizations participating in the data sharing system can easily utilize the sensitive data they own as integrated data without disclosing it to other organizations.
  • data processing can be performed on sensitive data provided by multiple organizations, the accuracy of model learning and inference can be improved.
  • the proxy server constructs a virtual execution environment that is protected from the standard execution environment, and in the virtual execution environment, after decrypting the sensitive data encrypted in each data providing server, it is stored in the same encrypted space. Convert.
  • the data sharing system 2 according to the second embodiment differs in that it includes a data providing server 600 and a proxy server 700 instead of the data providing server 100 and the proxy server 300 of the data sharing system 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram of processing according to the second embodiment. An outline of processing in the data sharing system 2 will be described with reference to FIG. 13 .
  • the proxy server 700 constructs a virtual execution environment protected from the standard execution environment, and in the virtual execution environment, after decrypting the sensitive data encrypted in each data providing server 600, the same encrypted Convert to space.
  • a virtual execution environment is an environment that can only be accessed by authenticated or authorized users from the standard execution environment. Authentication and permission may be automatically performed when conditions are defined in advance, and when not defined, processing related to authentication and permission may be performed each time access is made.
  • the virtual execution environment may be an environment trusted by the standard execution environment.
  • the virtual execution environment is preferably constructed in a short period of time. As a result, even if the virtual execution environment receives a cyberattack, it is difficult to break through the security in time, so security safety can be ensured.
  • the data providing server 600 generates a user key and encrypts sensitive data with the user key.
  • the data providing server 600-1 for example, generates a key pair of a user public key pk1 and a user secret key sk1, and encrypts the sensitive data M1 using an arbitrary (public key) cryptosystem using the user public key pk1. do.
  • the data providing server 600-2 generates, for example, a user common key ck2, and encrypts the sensitive data M2 using an arbitrary (common key) cryptosystem using the user common key ck2.
  • each data providing server 600 generates a key pair of a user public key and a user private key and/or a user common key as a user key.
  • the sensitive data may be encrypted by an encryption method according to the data format or the like included in the sensitive data.
  • Each data providing server 600 transmits a key (user secret key, user common key) that can decrypt sensitive data to the proxy server 700 via a secure path.
  • the key management server 200 generates a system key used to convert sensitive data into a predetermined encryption space.
  • the system key may be a key pair of system public key Pkx and system secret key Skx, and/or system common key Ckx (not shown).
  • the key management server 200 transmits the system key (system public key Pkx and/or system common key Ckx) to the proxy server 700 .
  • the proxy server 700 constructs a virtual execution environment protected from the standard execution environment, decrypts the ciphertext M using the user key, and generates sensitive data M in the virtual execution environment. Then, using the system key, the decrypted sensitive data is encrypted with an encryption method that enables secure calculation, and a re-encrypted text M is generated.
  • the system public key Pkx may be used for encryption by homomorphic encryption, or the system common key Ckx may be used for encryption by searchable encryption.
  • the sensitive data may be encrypted by an encryption method according to the data format or the like included in the sensitive data.
  • the ciphertext M1 transmitted from the data providing server 600-1 is decrypted with the user secret key sk1 to become plaintext sensitive data M1. Then, it is encrypted with the system public key Pkx and converted into a re-encrypted text M1.
  • the ciphertext M2 transmitted from the data providing server 600-2 is decrypted with the user common key ck2 to become plaintext sensitive data M2. Then, it is encrypted with the system public key Pkx and converted into a re-encrypted text M2.
  • the computation server 400 performs secure computation on the re-encrypted text M.
  • the execution result of the secret calculation can be decrypted with the system key.
  • the execution result of secret calculation on sensitive data encrypted with the system public key Pkx can be decrypted with the system secret key Skx.
  • the execution result of secret calculation on sensitive data encrypted with the system common key Ckx can be decrypted with the system common key Ckx.
  • the virtual execution environment protected from the standard execution environment can prevent access by unauthorized users, it is possible to securely execute the process of converting encrypted sensitive data into a predetermined encryption space.
  • the decrypted sensitive data is encrypted by a predetermined encryption method and converted into a predetermined encrypted space, data processing can be executed with high processing efficiency.
  • the virtual execution environment is preferably constructed in a short period of time. As a result, even if the virtual execution environment receives a cyberattack, it is difficult to break through the security in time, so security safety can be ensured.
  • FIG. 14 is a functional block diagram showing an example of the functional configuration of the data providing server 600. As shown in FIG. An example of the functional configuration of the data providing server 600 will be described with reference to FIG.
  • the data providing server 600 includes a communication unit 601, a control unit 602, a storage unit 603, a key generation unit 604, and an encryption unit 605.
  • the communication unit 601 has the same functions as the communication unit 101.
  • the communication unit 601 transmits and receives data to and from a device via the network NW, a locally connected device, and the like using a secure communication channel in which security is ensured.
  • the construction of a secure communication channel and the communication method are well-known techniques using common keys (session keys, etc.), public keys, etc., so the description thereof is omitted.
  • the control unit 602 has functions similar to those of the control unit 102 and controls each function of the data providing server 600 .
  • the storage unit 603 has the same function as the storage unit 103, and stores computer programs, encryption programs, keys, etc. used for various processes of the data providing server 600.
  • the key generation unit 604 generates user keys.
  • a user key includes a key pair of a user public key and a user private key and/or a user common key.
  • the key generation unit 604 may generate a key according to the encryption method requested by the encryption unit 605, for example.
  • the user key is transmitted to proxy server 700 via communication unit 601 through a secure communication channel.
  • the encryption unit 605 has the same function as the encryption unit 105, and uses a user key different from the system key to encrypt sensitive data with a predetermined encryption method.
  • the encrypted sensitive data is transmitted to proxy server 700 via communication unit 601 .
  • FIG. 15 is a functional block diagram showing an example of the functional configuration of the proxy server 700. As shown in FIG. An example of the functional configuration of the proxy server 700 will be described with reference to FIG. 15 .
  • the proxy server 700 includes a communication unit 701, a storage unit 702, a control unit 703, and a conversion unit 704.
  • the communication unit 701 acquires encrypted sensitive data from multiple data providing servers 100 .
  • the communication unit 701 also acquires a system key (system public key and/or system common key) and a user key (user secret key and/or user common key) from the key management server 200, and stores them in the storage unit 702. .
  • the storage unit 702 stores computer programs, databases, etc. used for various processes of the proxy server 300 .
  • the control unit 703 has a virtual execution environment building unit 711 and a virtual execution environment disposal unit 712, and builds a virtual execution environment for converting sensitive data acquired from the data providing server 100 into a predetermined encrypted space. control to
  • the virtual execution environment building unit 711 builds a virtual execution environment.
  • the virtual execution environment may be constructed each time encrypted sensitive data is received, or the virtual execution environment may be constructed in response to a request from the computation server 400 .
  • an OS (not shown) is installed in the virtual execution environment, and the OS includes a conversion unit 704 .
  • the virtual execution environment discarding unit 712 discards (destroys) the virtual execution environment described above.
  • the virtual execution environment discarding unit 712 discards the virtual execution environment by, for example, deleting predetermined data representing the virtual execution environment. Discarding the virtual execution environment may be executed, for example, after the sensitive data is converted into a predetermined encrypted space, or may be executed based on an instruction from the authenticated user.
  • the conversion unit 704 includes an acquisition unit 721, a decryption unit 722, an encryption unit 723, and a provision unit 724.
  • the acquisition unit 721 corresponds to a virtual execution environment data acquisition unit and a virtual execution environment key acquisition unit, and acquires the encrypted sensitive data and the user key and system key corresponding to the sensitive data from the storage unit 702 .
  • the decryption unit 722 decrypts the encrypted sensitive data using the user key corresponding to the data providing server 600 that encrypted the sensitive data.
  • the encryption unit 723 corresponds to the virtual execution environment conversion unit, and encrypts the decrypted sensitive data with the system key.
  • the encryption unit 723 encrypts the encrypted sensitive data according to the encryption method. For example, the sensitive data encrypted by the homomorphic encryption method in the data providing server 100 is re-encrypted using the system key obtained from the key management server 200 by the same homomorphic encryption method. Further, sensitive data encrypted with AES is re-encrypted using the system key with the same AES.
  • the encryption unit 723 may encrypt the encrypted sensitive data using an encryption method according to the purpose of processing. For example, when performing advanced algorithm calculation processing on sensitive data, the encryption unit 723 encrypts the sensitive data encrypted with an encryption method suitable for the purpose of storage, simple calculation, search, etc. Re-encryption may be performed using a re-encryption key using an encryption scheme suitable for algorithmic calculation purposes. More specifically, the sensitive data encrypted by the order-preserving encryption method may be re-encrypted by the homomorphic encryption method. Sensitive data encrypted by homomorphic encryption may be re-encrypted by fully homomorphic encryption. Note that the encryption unit 723 may convert the sensitive data into a predetermined encrypted space by encrypting the sensitive data using an encryption method according to the data format (character string or number) of the sensitive data.
  • the providing unit 724 provides the sensitive data converted into the predetermined encrypted space by the encryption unit 723 to the standard execution environment or the like.
  • the converted sensitive data is stored in the storage unit 702 .
  • the user key used when the decryption unit 722 decrypts the encrypted sensitive data may be discarded when the virtual execution environment discarding unit 712 discards the virtual execution environment.
  • FIG. 16 is a flowchart showing an example of processing according to the second embodiment.
  • sensitive data provided by each organization participating in the platform (data sharing system 2) is decrypted in the virtual execution environment, converted into a predetermined encrypted space, and data processed by secure calculation.
  • the flow of processing is an example, and is not limited to the order shown in FIG. In the following description, for the sake of simplicity, the method for converting encrypted sensitive data into a predetermined encrypted space will be described using a method based on public key cryptography.
  • step S201 the data sharing system 2 executes key generation processing.
  • the key management server 200 generates a system key (key pair of system public key and system secret key) and transmits the system public key to the proxy server 700 .
  • the data providing server 600 also generates a user key (a key pair of a user public key and a user private key or a user common key).
  • the data providing server 600 encrypts the sensitive data obtained from the organizations participating in the platform with a predetermined encryption method using the user key. For example, it may be encrypted using a user public key by homomorphic encryption, or may be encrypted by using a user common key by AES.
  • the data providing server 600 transmits the encrypted sensitive data and the user key (user secret key and/or user common key) for decrypting the sensitive data to the proxy server 700 .
  • step S203 the proxy server 700 builds a virtual execution environment. Then, the sensitive data received from the data providing server 600 is decrypted with the user key of the data providing server 600 in the constructed virtual execution environment, and then converted into sensitive data in a predetermined encrypted space using the system public key. More specifically, the proxy server 700 encrypts the sensitive data using, for example, a homomorphic encryption method that allows numerical calculations to be performed in an encrypted state, an order-preserving encryption method, or the like. The proxy server 700 discards the virtual execution environment after converting the sensitive data.
  • step S ⁇ b>204 the calculation server 400 acquires the converted sensitive data from the proxy server 700 .
  • the calculation server 400 requests the proxy server 700 to transmit sensitive data to be processed.
  • the proxy server 700 transmits sensitive data to be processed, which has been converted into a predetermined encrypted space, to the operation server 400 in response to a request from the operation server 400 .
  • step S205 the computation server 400 executes secure computation in response to the data processing request of the terminal device 500.
  • the calculation server 400 for example, integrates a plurality of sensitive data to generate integrated data, and performs model learning and inference by machine learning on the integrated data. Note that model learning and the like may be executed based on sensitive data provided from one data providing server 600 .
  • the calculation server 400 transmits the execution result of the secure calculation to the terminal device 500 that requested the data processing.
  • step S206 the terminal device 500 decrypts the execution result of the secret calculation with the system secret key. Thereby, the terminal device 500 can use the decrypted execution result as plaintext data.
  • the terminal device 500 may be given a system secret key in advance by the key management server 200 as a user authorized to use execution results, or may be given a system secret key as an authenticated user when requesting data processing. You can get the key.
  • Data processing is performed in the data sharing system 2 as described above.
  • the data sharing system includes a key management server that manages system keys for converting encrypted data into the same encrypted space.
  • the data providing server corresponding to each organization participating in the system encrypts the sensitive data with a predetermined encryption method using the organization's user key, which is different from the system key, and transmits the encrypted sensitive data to the proxy server.
  • the proxy server constructs a virtual execution environment that is protected from the standard execution environment, decrypts the obtained encrypted sensitive data in the virtual execution environment, and then converts it into a predetermined encrypted space based on the system key. .
  • the computation server then executes secure computation based on the converted sensitive data.
  • the virtual execution environment protected from the standard execution environment can prevent access by unauthorized users, it is possible to securely execute the process of converting encrypted sensitive data into a predetermined encryption space.
  • the decrypted sensitive data is encrypted by a predetermined encryption method and converted into a predetermined encrypted space, it is possible to perform conversion into a predetermined encrypted space with high processing efficiency.
  • the virtual execution environment is constructed in a short period of time, even if the virtual execution environment receives a cyberattack, it is difficult to breach the security in terms of time, and security safety can be ensured.
  • the operation server 400 instead of the proxy server 700 may be configured to construct a virtual execution environment and convert the encrypted sensitive data into a predetermined encrypted space in the virtual execution environment. Furthermore, the system key management performed by the key management server 200 may also be configured to be performed by the calculation server 400 .
  • 1, 2 data sharing system 100, 600 data providing server, 200 key management server, 300, 700 proxy server, 400 computing server, 500 terminal device, 101, 201, 301, 401, 501, 601, 701 communication unit, 102 , 304, 420, 505, 602, 703 control unit, 103, 210, 302, 410, 502, 603, 702 storage unit, 104, 220, 604 key generation unit, 105, 605, 723 encryption unit, 303, 704 Conversion unit, 421 overall control unit, 422 integrated data generation unit, 423 execution unit, 503 input unit, 504 output unit, 711 virtual execution environment unit, 712 virtual execution environment disposal unit, 721 acquisition unit, 722 decryption unit, 724 provision unit .

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Abstract

データ共有システムにおいて、各者が保有するデータの内容を他者に開示することなく、安全に活用すること。 本開示に係るデータ共有システムは、複数のデータ提供装置と、鍵管理装置と、プロキシ装置と、演算装置と、を備えるシステムであって、鍵管理装置は、システム鍵を管理する鍵管理部を有し、複数のデータ提供装置は、機微データを取得する第１の機微データ取得部と、システム鍵とは異なるユーザ鍵を用いて機微データを所定の暗号方式で暗号化する暗号化部を有し、プロキシ装置は、複数のデータ提供装置から、暗号化された機微データを取得する第２の機微データ取得部と、取得した機微データを、システム鍵に基づいて所定の暗号化空間における機微データに変換する変換部と、を有し、演算装置は、変換された機微データに基づいて秘密計算を実行する実行部を有する。

Description

データ共有システム、データ共有方法、およびデータ共有プログラム
　本開示は、データ共有システム、データ共有方法、およびデータ共有プログラムに関する。
　インターネット上で提供される電子商取引サービスや、ＩｏＴ（Internet of Things）の進展により、自社保有のデータはもとより、社外（他者）のデータをも活用した大量のデータに対する統計分析や機械学習を行う技術が求められている。例えば、特許文献１には、異なる公開鍵を用いて暗号化された暗号データに対して、暗号化したまま統計処理を行う暗号化統計処理システムが開示されている。当該システムでは、所定の公開鍵を用いて暗号化された暗号化データを、その公開鍵とは異なる公開鍵に対応する秘密鍵を用いて復号できる暗号データに変換するためのプロキシ鍵を生成し、プロキシ鍵に基づいて暗号化されたデータから暗号化統計データ（処理結果）を生成する。
国際公開第２０１２／１６９１５３号
　しかしながら、特許文献１に記載のシステムは、複数のサービス提供装置の公開鍵及び秘密鍵を用いて対話的に全体公開鍵を生成し、全体公開鍵と各サービス提供装置の秘密鍵とに基づいて個々のプロキシ鍵を生成するため、自身が保有するデータを暗号化したまま利活用するには、システムに参加する他者の公開鍵及び秘密鍵が必要となり、各サービス提供装置間の通信量が膨大になってしまう。
　また、昨今は、機械学習や人工知能技術の広まりから、情報漏洩や不正利用等の情報セキュリティ上の問題を考慮しながら、膨大なデータを扱うことができる技術が望まれているところ、特許文献１に記載のシステムは、一部のサービス提供装置から提供されるデータに基づいた部分統計処理に基づく統計処理であり、複数のサービス提供者の各データを統合して行うことでより高い予測精度が期待される全体統計や機械学習などの処理を行うものではない。
　そこで、本開示は、上記課題を解決すべくなされたものであって、その目的は、各者が保有するデータを、データの詳細を他者に開示することなく、安全に活用することができるデータ共有システムを提供することである。
　上記目的を達成するため、本開示に係るデータ共有システムは、複数のデータ提供装置と、鍵管理装置と、プロキシ装置と、演算装置と、を備えるシステムであって、鍵管理装置は、システム鍵を管理する鍵管理部を有し、複数のデータ提供装置は、機微データを取得する第１の機微データ取得部と、システム鍵とは異なるユーザ鍵を用いて機微データを所定の暗号方式で暗号化する暗号化部を有し、プロキシ装置は、複数のデータ提供装置から、暗号化された機微データを取得する第２の機微データ取得部と、取得した機微データを、システム鍵に基づいて所定の暗号化空間における機微データに変換する変換部と、を有し、演算装置は、変換された機微データに基づいて秘密計算を実行する実行部を有する。
　上記目的を達成するため、本開示に係るデータ共有方法は、複数のデータ提供装置と、鍵管理装置と、プロキシ装置と、演算装置と、を備えるシステムにおける方法であって、鍵管理装置は、システム鍵を管理するステップを実行し、複数のデータ提供装置は、機微データを取得するステップと、システム鍵とは異なるユーザ鍵を用いて機微データを所定の暗号方式で暗号化するステップと、を実行し、プロキシ装置は、複数のデータ提供装置から、暗号化された機微データを取得するステップと、取得した機微データを、システム鍵に基づいて所定の暗号化空間における機微データに変換するステップと、を実行し、演算装置は、変換された機微データに基づいて秘密計算を実行するステップを実行する。
　また、上記目的を達成するため、本開示に係るデータ共有プログラムは、複数のデータ提供装置と、鍵管理装置と、プロキシ装置と、演算装置と、を備えるシステムに実行させるプログラムであって、鍵管理装置は、システム鍵を管理するステップを実行し、複数のデータ提供装置は、機微データを取得するステップと、システム鍵とは異なるユーザ鍵を用いて機微データを所定の暗号方式で暗号化するステップと、を実行し、プロキシ装置は、複数のデータ提供装置から、暗号化された機微データを取得するステップと、取得した機微データを、システム鍵に基づいて所定の暗号化空間における機微データに変換するステップと、を実行し、演算装置は、変換された機微データに基づいて秘密計算を実行するステップを実行する。
　本開示によれば、データ共有システムにおいて、各者が保有するデータの内容を他者に開示することなく、安全に活用することができる。
データ共有システム１の構成を示す図である。 実施形態１に係る処理の概念図である。 データ提供サーバ１００の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。 鍵管理サーバ２００の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。 プロキシサーバ３００の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。 演算サーバ４００の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。 端末装置５００の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。 機微データのデータ構造の一例を示した図である。 暗号化された機微データのデータ構造の一例を示す図である。 統合データのデータ構造の一例を示す図である。 実施形態１に係る処理の一例を示すフローチャートである。 プロキシサーバ３００のハードウェア構成を示すブロック図である。 実施形態２に係る処理の概念図である。 データ提供サーバ６００の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。 プロキシサーバ７００の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。 実施形態２に係る処理の一例を示すフローチャートである。
　以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。実施形態を説明する全図において、共通の構成要素には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。なお、以下の実施形態は、特許請求の範囲に記載された本開示の内容を不当に限定するものではない。また、実施形態に示される構成要素のすべてが、本開示の必須の構成要素であるとは限らない。
＜発明の概要＞
　近年、顧客情報などの大量の機微データを保有する組織が増加している。これにより、自組織だけでなく、他組織が保有する機微データも活用して統計的な分析処理や機械学習等を行い、ビジネス上の新たな知見や、サービスにつなげるようなクラウドサービスが普及しつつある。しかしながら、機微データは、セキュリティへの配慮や、プライバシーの保護などデータの取り扱いに細心の注意が求められるため、自組織の保有する機微データの情報漏洩を防ぎつつ、検索や集計分析、統計、機械学習など、精度の高い検知、予測に資するようなデータ処理を行うことが求められる。
　不正なアクセス等による情報漏洩を防ぎながら、データ処理を実現する技術として、データを暗号化したまま演算を行う「秘密計算」が知られている。「秘密計算」の実現方式の一つとして、例えば、準同型暗号がある。準同型暗号は、準同型性を有する暗号方式であり、ある公開鍵を用いて暗号化された暗号データに対して、暗号化したまま、数値計算等の演算を行うことができる。準同型暗号を用いて、複数の暗号データを対象としたデータ処理を現実的な処理性能で可能とするためには、これらの暗号データが同一の暗号化空間にある、すなわち、同一の公開鍵により暗号化されている必要がある。
　そこで、本発明に係るデータ共有システムは、暗号データを同一の暗号化空間に変換するためのシステム鍵を管理する鍵管理装置を備える。また、当該システムに参加する各組織等に対応するデータ提供装置は、システム鍵とは異なる、当該組織に対応するユーザ鍵を用いて機微データを所定の暗号方式で暗号化し、プロキシ装置に送信する。プロキシ装置は、取得した暗号化された機微データを、システム鍵に基づいて、所定の暗号化空間に変換する。そして、演算装置は、変換された機微データに基づいて秘密計算を実行する。システム鍵（暗号鍵に対応）に基づいて所定の暗号化空間に変換された機微データに対する秘密計算の実行結果は、システム鍵（復号鍵に対応）により復号することができる。なお、以下、本明細書において、「秘密計算」とは、データを暗号化状態のまま演算を行う処理のことをいい、「演算」とは、加減乗除に関する計算、検索、分析、機械学習に関する計算を含む。
　本実施形態では、プロキシサーバ３００が、各データ提供サーバ１００において暗号化された機微データを復号することなく、再暗号化鍵により同一の暗号化空間に変換する。
（データ共有システム１の構成）
　図１は、本実施形態に係るデータ共有システム１の構成を示す図である。図１を参照して、実施形態１に係るデータ共有システム１の構成について説明する。
　データ共有システム１は、データ提供サーバ１００－１，１００－２，…，１００－Ｎ（Ｎは自然数）と、鍵管理サーバ２００と、プロキシサーバ３００と、演算サーバ４００と、端末装置５００と、を備える。図１において、データ提供サーバ１００－１，１００－２，…，１００－Ｎと、鍵管理サーバ２００と、プロキシサーバ３００と、演算サーバ４００と、端末装置５００とは、ネットワークＮＷを介して通信可能に接続される。ネットワークＮＷは、例えば、ＷＡＮ（Wide Area Network）、ＬＡＮ（Local Area Network）、光回線網、イントラネット等であるが、任意のネットワークから構成されてもよい。データ共有システム１は、当該システムに参加する各組織が、それぞれの組織が保有するデータを、他組織にデータの詳細な内容を開示することなく利用できるプラットフォームである。なお、組織とは、企業や団体に限られず、役割ごとに区切られた部門、課、グループ、チーム等の集団であってもよい。
　以下の説明では、データ提供サーバ１００－１，１００－２，…，１００－Ｎは、特に区別する必要のない限り、データ提供サーバ１００と記載する。
　データ提供サーバ１００は、プラットフォームに参加する組織と関連付けられており、組織が保有する機微データを暗号化し、鍵管理サーバ２００に送信する。図１において、例えば、データ提供サーバ１００―１は「会社Ａ」、データ提供サーバ１００－２は「会社Ｂ」、データ提供サーバ１００－Ｎは「会社Ｘ」に関連付けられている。
　データ提供サーバ１００は、システム鍵（後述）とは異なるユーザ鍵を用いて機微データを所定の暗号方式で暗号化し、プロキシサーバ３００に送信する。なお、データ提供サーバ１００は、ユーザ鍵を自サーバ内で記憶して管理してもよいし、他の情報処理装置に記憶させて管理（例えば、ＫＭＳ(Key Management Service：鍵管理システム）に管理を委託）してもよい。また、データ提供サーバ１００は、システム鍵およびユーザ鍵に基づいて再暗号化鍵を生成し、プロキシサーバ３００に送信する。
　機微データは、例えば、属性項目（カラム）ごとの属性値を含むデータであってもよい。機微データのデータ構造については後述する。また、データ提供サーバ１００は、機微データの一部の属性値を所定の暗号方式で暗号化するようにしてもよい。
　鍵管理サーバ２００は、システム鍵を管理する。鍵管理サーバ２００は、例えば、暗号データを復号する復号鍵が適切な方法で管理されている信頼された機関であるが、プロキシサーバ３００に内包されるように構成されてもよい。すなわち、プロキシサーバ３００が、システム鍵を管理する機能を備えてもよい。
　プロキシサーバ３００は、各データ提供サーバ１００から暗号化された機微データおよび再暗号化鍵を取得し、当該再暗号化鍵により、取得した機微データを所定の暗号化空間における機微データに変換する。
　演算サーバ４００は、プロキシサーバ３００において変換された機微データについて、秘密計算を実行する。演算サーバ４００は、秘密計算として、例えば、検索、統合、分析、データマイニング、および機械学習によるモデル学習および推論を行う。例えば、モデル学習および推論は、統計的手法もしくは深層学習等の解析アルゴリズムによって行われてもよい。また、演算サーバ４００は、例えば、複数の変換された機微データを統合し、統合した機微データについて秘密計算を実行してもよい。秘密計算の実行結果は、システム鍵（復号鍵に相当）で復号することができる。
　端末装置５００は、データ共有システム１のユーザが用いる情報処理装置である。端末装置５００は、例えば、ＰＣ（Personal Computer）、スマートフォン、タブレット端末である。また、ヘッドマウントディスプレイ等のウェアラブル端末、ＡＲ（Augmented Reality）／ＶＲ（Virtual Reality）／ＭＲ（Mixed Reality）装置等であってもよい。ユーザは、例えば、会社Ａの社員など、プラットフォームに参加し、機微データを提供する組織の従業員であってもよく、この場合、情報処理装置は、ユーザが所属する組織のデータ提供サーバ１００と紐づけられた構成としてもよい。
　端末装置５００は、演算サーバ４００に対し、各データ提供サーバ１００から提供される機微データを対象としたデータ処理の処理要求を行う。データ処理は、例えば、検索・集計処理および／または統計処理を含む。また、データ処理は、機微データを統合する処理を含む。データ処理の処理要求（処理クエリ）は、例えば、ＳＱＬ文などのＣＬＩ（Command Line Interface)もしくはＧＵＩ（Graphical User Interface）によって記載される。
　以下、上述したデータ共有システム１を構成する各サーバ等の機能構成、処理について説明する。なお、各機能構成を示す機能ブロックや処理ブロックは、１つ、または複数の装置、コンピュータプロセッサ、コンピュータプロセッサの分散グループによって実現されてもよい。例えば、鍵管理サーバ２００、プロキシサーバ３００、演算サーバ４００が行う機能は、１つの装置で実現されてもよい。
　図２は、実施形態１に係る処理の概念図である。図２を参照して、データ共有システム１における処理の概要について説明する。
　実施形態１は「プロキシ再暗号化方式」を用いるものであって、プロキシサーバ３００は、データ提供サーバ１００において暗号化された機微データを復号することなく、所定の暗号化空間に変換する。図２では、公開鍵暗号方式をベースとした方式を説明するが、共通鍵暗号方式を用いても当該変換は実現可能である。
（１）鍵生成ステップ
　鍵管理サーバ２００は、システム鍵として、システム公開鍵Pkxおよびシステム秘密鍵Skxの鍵対を生成する。
　各データ提供サーバ１００は、ユーザ鍵として、それぞれ自身のユーザ公開鍵pkおよびユーザ秘密鍵skの鍵対を生成する。ユーザ鍵およびシステム鍵は、例えば、公知の鍵生成アルゴリズム等により生成される。
　また、各データ提供サーバ１００は、鍵管理サーバ２００からシステム公開鍵Pkxを取得し、ユーザ秘密鍵skおよびシステム公開鍵Pkから再暗号化鍵rkを生成する。生成した再暗号化鍵rkは、プロキシサーバ３００へ送信する。再暗号化鍵rkは、例えば、ユーザ秘密鍵skとシステム公開鍵Pkに基づいて、鍵生成アルゴリズムにより生成されてもよいし、ユーザ秘密鍵skをシステム公開鍵Pkで暗号化して生成するようにしてもよい。プロキシサーバ３００は、各データ提供サーバ１００と対応付けて再暗号化鍵rkを記憶する。
　なお、図２において、再暗号化鍵rkは、データ提供サーバ１００で生成されるが、プロキシサーバ３００で生成するよう構成してもよい。例えば、プロキシサーバ３００とデータ提供サーバ１００との間でセキュアな通信チャンネルを確立し、プロキシサーバ３００が各データ提供サーバ１００から、ユーザ秘密鍵skをそれぞれ取得する。プロキシサーバ３００は、鍵管理サーバ２００からシステム公開鍵Pkxを取得し、各データ提供サーバ１００に対応するユーザ秘密鍵skとシステム公開鍵Pkxとを用いて各再暗号化鍵rkを生成し、それぞれデータ提供サーバ１００と対応付けて記憶するようにしてもよい。
（２）登録ステップ
　データ提供サーバ１００は、機微データをユーザ公開鍵pkで暗号化し、暗号文Ｍを生成する。生成された暗号文Ｍは、プロキシサーバ３００に送信される。プロキシサーバ３００は、各暗号文Ｍをデータ共有システム１に参加する組織から提供されたデータとして登録（記憶）する。
（３）データ処理ステップ
　演算サーバ４００は、例えば、端末装置５００（図２において不図示）からの処理要求に応じて、プロキシサーバ３００に対し、処理要求の対象となる機微データを要求する。
　プロキシサーバ３００は、データ処理の対象となる暗号文Ｍを、暗号文Ｍを送信したデータ提供サーバ１００において生成された再暗号化鍵rkで暗号化し、再暗号化文Ｍを生成する。プロキシサーバ３００は、再暗号化文Ｍを、演算サーバ４００に送信する。演算サーバ４００は、再暗号化文について秘密計算を実行する。この際、演算サーバ４００は、プロキシサーバ３００から取得した各再暗号化文Ｍを統合して、秘密計算を実行するようにしてもよい。データの統合については後述する。
　秘密計算の実行結果は、データ処理を要求した端末装置５００に送信される。また、実行結果を利用する権限を有するユーザに使用する端末装置５００は、鍵管理サーバ２００からシステム秘密鍵Skxを取得することができる。端末装置５００は、システム秘密鍵Skxを用いて実行結果を復号することにより、データ処理の結果を利用することができる。
　また、秘密計算の実行結果は、プロキシサーバ３００を介して、データ処理を要求した端末装置５００に送信されてもよい。例えば、演算サーバ４００は、プロキシサーバ３００に実行結果を送信する。プロキシサーバ３００は鍵管理サーバ２００からシステム秘密鍵Skxを取得し、演算サーバ４００から送信された実行結果を復号する。そして、プロキシサーバ３００は、プロキシサーバ３００と端末装置５００との間で確立されたセキュアな通信路で用いられるセッション鍵で上記復号した実行結果を暗号化し、端末装置５００に送信する。端末装置５００は、セッション鍵を用いて実行結果を復号することにより、データ処理の結果を利用することができる。
　上述のように、図２では、公開鍵暗号方式により暗号文を同一の暗号化空間に変換する方法を説明したが、共通鍵暗号方式の場合は、例えば「ワンタイムパッド」を利用することで実現できる。同暗号は、平文をビット列とみなし、同じ長さのランダムなビット列（共通鍵）をビットごとに排他的論理和を行うことで暗号化を行う。復号するには、暗号化に用いたランダムなビット列と暗号文の排他的論理和を用いればよい。また、再暗号化鍵は、ユーザ共通鍵（ユーザ鍵）とシステム共通鍵（システム鍵）との排他的論理和により生成される。データ提供サーバ１００は、機微データとユーザ共通鍵との排他的論理和により暗号文Ｍを生成する。そして、プロキシサーバ３００は、暗号文Ｍと再暗号化鍵との排他的論理和より、再暗号化文Ｍを生成する。
　なお、図２では、データ提供サーバ１００が再暗号化鍵を生成する場合を説明したが、上述したように、再暗号化鍵は、プロキシサーバ３００が生成してもよい。例えば、プロキシサーバ３００が、鍵管理サーバ２００から取得したシステム公開鍵と、データ提供サーバ１００から取得したユーザ秘密鍵とを用いて再暗号化鍵を生成する。ただし、プロキシサーバ３００において、各データ提供サーバ１００から取得したユーザ秘密鍵は、信頼できる環境で適切に管理される必要がある。
　また、図２の説明では、演算サーバ４００が、端末装置５００からの処理要求に応じて、プロキシサーバ３００に対し、処理要求の対象となる機微データを要求し、プロキシサーバ３００において再暗号化文が生成されたが、プロキシサーバ３００が、定期的に再暗号化文を生成する処理を実行し、再暗号化文を記憶するようにしておいてもよい。このように構成することで、演算サーバ４００は、プロキシサーバ３００に対して処理要求の対象となる機微データを要求すると、その再暗号化文の生成処理が行われるのを待つことなく、再暗号化文を取得することができる。
　（データ提供サーバ１００の機能構成）
　図３は、データ提供サーバ１００の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。図３を参照して、データ提供サーバ１００の機能構成の一例について説明する。
　データ提供サーバ１００は、通信部１０１と、制御部１０２と、記憶部１０３と、鍵生成部１０４と、暗号化部１０５と、を備える。
　通信部１０１は、データ提供サーバ１００がネットワークＮＷを介してサーバや装置等と所定の通信プロトコルに従って通信を行うための通信インタフェース回路を有する。所定の通信プロトコルは、ＴＣＰ／ＩＰ(Transmission Control Protocol/Internet Protocol）等である。通信部１０１は、受信したデータを制御部１０２に送り、また、制御部１０２から受け取ったデータを、ネットワークＮＷを介してサーバや装置等に送信するが、通信部１０１は、データ提供サーバ１００内の制御部１０２以外の機能ブロックとデータのやり取りを行ってもよい。なお、通信部１０１は、ネットワークＮＷを介した装置やローカルに接続された装置等と、セキュリティが確保されたセキュアな通信チャンネルでデータを送受信する。セキュアな通信チャンネルの構築、通信方法は、共通鍵（セッション鍵など）や公開鍵等を用いた周知の技術であるため、説明を省略する。
　通信部１０１は、第１の機微データ取得部に相当し、例えば、プラットフォームに参加する組織から、当該組織が保有する機微データを取得する。図１において、会社Ａと関連付けられるデータ提供サーバ１００－１は、会社Ａの社員が操作する端末装置５００から機微データを取得してもよい。本実施形態において、機微データは、例えば、個人に関する情報であって、年齢、性別、収入、居住地域、購買情報などの個人の属性を示す項目である属性項目（カラム）の属性値（文字列又は数値）である。また、機微データは、機微データを統合するための統合キーとなる識別子（文字列、数値、またはそれらの組み合わせ）を属性項目として含み、個人を一意に特定する共通ＩＤ等を識別子としてもよい。機微データは、識別子に基づいて統合されてもよい。機微データは、個人に関する情報に限られず、機器に関するログデータ等であってもよい。機微データ及び機微データのデータ構造の詳細については後述する。
　また、通信部１０１は、システム鍵取得部に相当し、鍵管理サーバ２００から、システム鍵（システム公開鍵および／またはシステム共通鍵）を取得する。取得したシステム鍵は記憶部１０３に記憶させる。
　制御部１０２は、データ提供サーバ１００の各機能を制御し、予め記憶部１０３に記憶されているプログラムに基づいて動作するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサである。なお、制御部１０２として、ＤＳＰ（digital signal processor）等が用いられてもよい。また、制御部１０２として、ＬＳＩ（large scale integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の制御回路が用いられてもよい。
　記憶部１０３は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、又はフレキシブルディスク、光ディスク等の可搬用の記憶装置等を有する。また、記憶部１０３は、データ提供サーバ１００の各種処理に用いられるコンピュータプログラム、暗号プログラム、鍵等が格納される。コンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部１０３にインストールされてもよい。可搬型記録媒体は、例えばＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）等である。コンピュータプログラムは、所定のサーバ等からインストールされてもよい。
　鍵生成部１０４は、ユーザ鍵を生成する。鍵生成部１０４は、例えば、暗号化部１０５の要求する暗号方式に応じた鍵を生成する。暗号方式が、例えば、暗号化状態のまま演算が可能な準同型暗号方式（Paillier方式等）の場合は、ユーザ公開鍵とユーザ秘密鍵の鍵対を生成する。
　また、暗号方式が、暗号文の大小関係と対応する平文の大小関係が一致する順序保存暗号方式（OPE方式:Order Preserving Encryption）や、暗号化状態のまま平文の一致判定が可能な検索可能暗号方式の場合は、ユーザ共通鍵を生成する。このように、ユーザ鍵は、ユーザ公開鍵とユーザ秘密鍵の鍵対である場合と、ユーザ共通鍵である場合とがある。なお、鍵生成アルゴリズムは、周知の技術であるので説明を省略する。
　また、鍵生成部１０４は、ユーザ鍵とシステム鍵とに基づいて、再暗号化鍵を生成する。公開鍵暗号方式の場合は、ユーザ秘密鍵およびシステム公開鍵を用いて再暗号化鍵を生成する。また、共通鍵暗号方式の場合は、ユーザ共通鍵およびシステム共通鍵を用いて、再暗号化鍵を生成する。なお、再暗号化鍵は、ユーザ鍵およびシステム鍵を用いて鍵生成アルゴリズムにより生成するようにしてもよいし、ユーザ鍵をシステム鍵により暗号化することにより生成するようにしてもよい。
　鍵生成部１０４は、生成した鍵や鍵生成のためのパラメータ等を、例えば、記憶部１０３に記憶させる。鍵生成部１０４は、生成した鍵と、暗号方式や、暗号化対象としたデータ（属性項目（カラム）等）、対応するデータ提供サーバ等とを対応付けて記憶部１０３に記憶させてもよい。
　暗号化部１０５は、システム鍵とは異なるユーザ鍵を用いて機微データを所定の暗号方式で暗号化する。暗号化部１０５は、例えば、機微データに含まれる属性項目の少なくとも一部の属性値を所定の暗号方式で暗号化する。所定の暗号方式には、通信部１０１が取得した機微データの少なくとも一部の属性値を暗号化状態のまま演算可能な暗号方式を含み、例えば、準同型暗号方式、順序保存暗号方式、ＡＥＳ(Advanced Encryption Standard)、ＤＥＳ（Data Encryption Standard）、検索可能暗号、ＳＨＡ（Secure Hash Algorithm）、ＭＤ５（Message Digest algorithm 5）などである。なお、上述したように「演算」とは、加減乗除に関する計算、検索、分析に関する計算を含む。本実施形態では、暗号化部１０５は、機微データに含まれる属性項目の属性値のうち、データ形式が数値の場合（第１の属性値に相当）は、準同型暗号方式（Paillier方式、Lifted-Ellgamal方式、Somewhat Homomorphic Encryption方式、Fully Homomorphic Encryption方式等）および／または順序保存暗号方式（OPE方式）（第１の暗号方式に相当）を用いて暗号化する。なお、データ処理の内容に応じて、暗号方式により処理効率が異なるので、各属性項目は、準同型暗号方式で暗号化された属性値と、順序保存暗号方式で暗号化された属性値、後述する検索可能暗号方式で暗号化された属性値等、複数の暗号方式で保持しておいてもよい。
　また、データ形式が文字列の場合（第２の属性値に相当）は、検索可能暗号方式、もしくは暗号文上で完全一致が可能なＡＥＳ暗号等（第２の暗号方式に相当）を用いて暗号化する。なお、データ形式ごとに適用する上記暗号方式は一例であって、どの属性項目の属性値について暗号化するか、また、どの暗号方式で暗号化するか等は、機微データを保有する組織が適宜決定してもよい。また、個人の意思に従って、機微データを暗号化するか否かを決定してもよい。
　本実施形態において、属性項目として含まれる識別子は、暗号化の対象としない。これにより、演算サーバ４００は、再暗号化鍵による再暗号化により、同一の暗号化空間に変換された機微データを、識別子に基づいて統合したデータ（統合データ）を生成することができる。統合データについては後述する。暗号化アルゴリズムは、周知の技術であるので説明を省略する。なお、他の実施形態として、暗号化部１０５は、属性項目として含まれる識別子を暗号化の対象としてもよい。
　（鍵管理サーバ２００の機能構成）
　図４は、鍵管理サーバ２００の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。図４を参照して、鍵管理サーバ２００の機能構成の一例について説明する。
　鍵管理サーバ２００は、通信部２０１と、記憶部２１０と、鍵生成部２２０と、を備える。
　通信部２０１は、鍵管理サーバ２００がネットワークＮＷを介して各サーバや装置等と所定の通信プロトコルに従って通信を行うための通信インタフェース回路を有する。通信部２０１は、鍵生成部２２０で生成されたシステム鍵を、ネットワークＮＷを介してサーバや装置等に送信する。なお、通信部２０１は、ネットワークＮＷを介した装置等と、セキュリティが確保されたセキュアな通信チャンネルでデータを送受信する。セキュアな通信チャンネルの構築、通信方法は、周知の技術であるため、説明を省略する。
　記憶部２１０は、鍵生成部２２０で生成されたシステム鍵を管理する鍵管理部に相当する。記憶部２１０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、又はフレキシブルディスク、光ディスク等の可搬用の記憶装置等を有する。また、記憶部２１０は、鍵管理サーバ２００の各種処理に用いられるコンピュータプログラム、データベース、テーブル等が格納される。コンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部２１０にインストールされてもよい。可搬型記録媒体は、例えばＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）等である。コンピュータプログラムは、所定のサーバ等からインストールされてもよい。
　鍵生成部２２０は、システム鍵を生成する。鍵生成部２２０は、例えば、機微データに適用される暗号方式に応じた鍵を生成してもよい。暗号方式が公開鍵暗号方式、例えば、準同型暗号方式（Paillier方式）の場合は、システム公開鍵とシステム秘密鍵の鍵対を生成する。
　また、暗号方式が共通鍵暗号方式、例えば、順序保存暗号方式や、検索可能暗号方式の場合は、ユーザ共通鍵を生成する。このように、システム鍵は、システム公開鍵とシステム秘密鍵の鍵対である場合と、システム共通鍵である場合とがある。なお、鍵生成アルゴリズムは、周知の技術であるので説明を省略する。
　（プロキシサーバ３００の機能構成）
　図５は、プロキシサーバ３００の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。図５を参照して、プロキシサーバ３００の機能構成の一例について説明する。
　プロキシサーバ３００は、通信部３０１と、記憶部３０２と、変換部３０３と、制御部３０４と、を備える。
　通信部３０１は、複数のデータ提供サーバ１００から、暗号化された機微データを取得する第２の機微データ取得部に相当する。通信部３０１は、データ提供サーバ１００の通信部１０１と同様の機能を有し、プロキシサーバ３００がネットワークＮＷを介してサーバや装置等と所定の通信プロトコルに従って通信を行うための通信インタフェース回路を有する。
　また、通信部３０１は、各データ提供サーバ１００から、再暗号化鍵を取得する再暗号化鍵取得部に相当し、取得した再暗号化鍵を、記憶部３０２に記憶させる。
　また、通信部３０１は、演算サーバ４００からの要求に応じて、記憶部３０２に記憶される、変換された機微データを送信するようにしてもよいし、機微データが変換されたことに応じて演算サーバ４００に送信するようにしてもよい。
　記憶部３０２は、データ提供サーバ１００の記憶部１０３と同様の機能を有する記憶装置であって、プロキシサーバ３００の各種処理に用いられるコンピュータプログラム、データベース、テーブル等が格納される。コンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部３０２にインストールされてもよい。
　変換部３０３は、データ提供サーバ１００から取得した機微データを、対応する再暗号化鍵を用いて所定の暗号化空間における機微データに変換する。変換部３０３は、取得した機微データの暗号化方式に応じた暗号化方式により暗号化することで変換を行う。例えば、データ提供サーバ１００において準同型暗号方式で暗号化された機微データについては、同じ準同型暗号方式により当該データ提供サーバ１００から取得した再暗号化鍵を用いて再暗号化を行う。また、ＡＥＳで暗号化された機微データについては、同じＡＥＳにより再暗号化鍵を用いて再暗号化を行う。変換部３０３は、変換された機微データを記憶部３０２に記憶（登録）させる。
　なお、上述したように、機微データの属性項目の属性値ごとに所定の暗号方式で暗号化されている場合は、当該属性項目の属性値について、当該所定の暗号方式に応じた暗号化を行う。したがって、同一のデータ提供サーバ１００が提供する機微データには、属性項目の属性値のデータ形式によって異なる暗号方式が含まれ得る。例えば、準同型暗号方式で再暗号化された属性値と、ＡＥＳで再暗号化された属性値とが含まれ得る。しかしながら、再暗号化には、鍵管理サーバ２００が管理するシステム鍵に基づいて生成される再暗号化鍵を用いるため、各属性項目の属性値は、所定の暗号方式ごとに、同一の暗号化空間に変換されている。
　制御部３０４は、プロキシサーバ３００の各機能を制御し、予め記憶部３０２に記憶されているプログラムに基づいて動作するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサである。制御部３０４は、演算サーバ４００からの要求に応じて、記憶部３０２から変換された機微データを読み出し、通信部３０１に対して、演算サーバ４００に送信するよう制御する。
　（演算サーバ４００の機能構成）
　図６は、演算サーバ４００の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。図６を参照して、演算サーバ４００の機能構成の一例について説明する。
　演算サーバ４００は、通信部４０１と、記憶部４１０と、制御部４２０と、を備える。
　通信部４０１は、演算サーバ４００がネットワークＮＷを介して各サーバや装置等と所定の通信プロトコルに従って通信を行うための通信インタフェース回路を有する。通信部４０１は、受信したデータを制御部４２０に送り、また、制御部４２０から受け取ったデータを、ネットワークＮＷを介してサーバや装置等に送信する。なお、通信部４０１は、ネットワークＮＷを介した装置等と、セキュリティが確保されたセキュアな通信チャンネルでデータを送受信する。セキュアな通信チャンネルの構築、通信方法は、周知の技術であるため、説明を省略する。
　記憶部４１０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、又はフレキシブルディスク、光ディスク等の可搬用の記憶装置等を有する。また、記憶部４１０は、演算サーバ４００の各種処理に用いられるコンピュータプログラム、データベース、テーブル等が格納される。コンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部４１０にインストールされてもよい。可搬型記録媒体は、例えばＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）等である。コンピュータプログラムは、所定のサーバ等からインストールされてもよい。
　また、記憶部４１０は、通信部４０１がプロキシサーバ３００から受信した、変換された機微データを記憶する。
　制御部４２０は、全体制御部４２１と、統合データ生成部４２２と、実行部４２３と、を有する。全体制御部４２１は、演算サーバ４００の各機能を制御し、予め記憶部４１０に記憶されているプログラムに基づいて動作するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサである。なお、全体制御部４２１として、ＤＳＰ（digital signal processor）等が用いられてもよい。また、全体制御部４２１として、ＬＳＩ（large scale integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の制御回路が用いられてもよい。
　統合データ生成部４２２は、全体制御部４２１の制御により、通信部４０１を介してプロキシサーバ３００から受信し、記憶部４１０に記憶される変換された機微データを、機微データに属性項目として含まれる識別子（図８～図１１（後述）の例では共通ＩＤ）に基づいて統合して統合データを生成する。そして、統合データ生成部４２２は、生成した統合データを記憶部４１０に記憶させる。
　実行部４２３は、変換された機微データに基づいて秘密計算を実行する。そして、実行部４２３は、実行結果を記憶部４１０に記憶させる。ここで、実行部４２３が実行する秘密計算とは、機械学習によるモデル学習および推論であって、統計的手法もしくは深層学習等の解析アルゴリズムが用いられてもよい。実行部４２３は、１つのデータ提供サーバ１００により提供された機微データについて秘密計算を実行してもよいし、統合データ生成部４２２が生成した統合データについて秘密計算を実行してもよい。統合された機微データは、上述のように、属性項目ごとに、準同型暗号方式、順序保存暗号方式や、検索可能暗号方式、暗号文上で完全一致が可能なＡＥＳ暗号等により、所定の暗号化空間における機微データに変換されているので、例えば、属性項目に対して、加減乗除に関する計算、検索、分析に関する計算である演算を暗号化状態のまま実行することができる。
（端末装置５００の機能構成）
　図７は、端末装置５００の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。図７を参照して、端末装置５００の機能構成の一例について説明する。
　端末装置５００は、通信部５０１と、記憶部５０２と、入力部５０３と、出力部５０４と、制御部５０５と、を備える。端末装置５００は、上述したように、例えば、プラットフォーム（データ共有システム１）に参加する組織に所属するユーザが操作する情報処理装置であってもよい。
　通信部５０１は、データ提供サーバ１００の通信部１０１と同様の機能を有し、端末装置５００がネットワークＮＷを介してサーバや装置等と所定の通信プロトコルに従って通信を行うための通信インタフェース回路を有する。通信部５０１は、受信したデータを制御部５０５に送り、また、制御部５０５から受け取ったデータを、ネットワークＮＷを介してサーバや装置等に送信する。また、端末装置５００を操作するユーザは、機微データに対する秘密計算の実行結果を利用する権限を有しており、鍵管理サーバ２００から、通信部５０１を介して、実行結果を復号できるシステム鍵（システム秘密鍵および／またはシステム共通鍵）を取得する。
　記憶部５０２は、データ提供サーバ１００の記憶部１０３と同様の機能を有する記憶装置であって、端末装置５００の各種処理に用いられるコンピュータプログラム、データベース、テーブル等が格納される。コンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部５０２にインストールされてもよい。また、記憶部５０２は、演算サーバ４００から秘密計算の実行結果を復号するためのシステム鍵を記憶するようにしてもよい。
　入力部５０３は、端末装置５００のユーザ入力を受け付けるインタフェースである。入力部５０３は、例えば、キーボードや、タッチパネル、音声入力を検出するマイクであるが、これらに限られない。ユーザは、入力部５０３を介して、データ処理の処理要求を入力する。
　出力部５０４は、情報を出力してユーザに通知するインタフェースである。出力部５０４は、例えば、ディスプレイや、音声出力するスピーカであるが、これらに限られない。出力部５０４は、データ処理の実行結果をディスプレイに表示する等してユーザに提供する。
　制御部５０５は、端末装置５００の各機能を制御し、予め記憶部５０２に記憶されているプログラムに基づいて動作するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサである。制御部５０５は、入力部５０３により入力されたデータ処理の処理要求を、通信部５０１を介して演算サーバ４００に送信する。また、制御部５０５は、通信部５０１を介して、秘密計算の実行結果を取得する。制御部５０５は、秘密計算の実行結果を、記憶部５０２に記憶されたシステム鍵により復号し、実行結果を取得する。
　図８は、機微データのデータ構造の一例を示した図である。本実施形態において、機微データは、個人に関する情報であって、年齢、性別、収入、居住地域、購買情報などの属性項目（カラム：列）の属性値（文字列又は数値）である。また、機微データは、統合キーとして、個人を一意に特定できる識別子（共通ＩＤ）を属性項目として含んでよい。識別子は、数値、文字列またはそれらの組み合わせであってよい。なお、図８において、説明を簡略化するため、所定の属性項目を示しているが、これに加え、図示しない属性項目を機微データに含ませてもよい。また、機微データは、個人に関する情報に限られず、ＩｏＴ・ＮＷ機器、産業用機器などのシステムに関する機密情報（センシングデータやログデータ等）であってもよい。また、統合キーは個人を一意に特定できる識別子に限られず、複数のテーブルにおけるデータを一意に特定できる値であれば、任意の値を用いてもよい。
　図８において、属性項目の属性値が格納されたテーブルＴ１，Ｔ２，Ｔ３が示されている。テーブルＴ１は、データ提供サーバ１００－１が提供する機微データ（すなわち、会社Ａが保有するデータ）を示している。テーブルＴ１において、機微データは、属性項目として、個人を一意に特定する識別子である「共通ＩＤ」、個人の年齢を示す「年齢」、個人の性別を示す「性別」、個人の収入を示す「収入」、個人の商品１に対する購買の有無を示す「購買フラグ１」を含む。テーブルＴ１において、属性項目「共通ＩＤ」，「年齢」，「収入」，「購買フラグ１」の属性値は数値である。なお、図８において「性別」の属性値はカテゴリ（文字列）であるが、性別と数値を対応させる等して、カテゴリを数値で表すようにしてもよい。
　テーブルＴ１において、属性項目「共通ＩＤ」に対し属性値「１２３４５」、属性項目「年齢」に対し属性値「４５」、属性項目「性別」に対し属性値「女」、属性項目「収入」に対し属性値「４５０」、属性項目「購買フラグ１」に対し属性値「１」が格納されている。これは、共通ＩＤが１２３４５である個人は、年齢が４５歳、性別が女、収入が４５０（万円）、商品１を購入済み、ということを意味している。同様に、属性項目「共通ＩＤ」の属性値「６７８９０」，「２３４５６」，「９０１２３」，「８９０１２」，「３４５６７」についても、各属性項目に対し属性値が格納される。
　テーブルＴ２は、データ提供サーバ１００－２が提供する機微データ（すなわち、会社Ｂが保有するデータ）を示している。データ提供サーバ１００－２は、テーブルＴ１で示される機微データを保有する会社Ａとは異なる属性項目を含む機微データを提供する。
　テーブルＴ２において、機微データは、属性項目として、個人を一意に特定する識別子である「共通ＩＤ」、個人の居住する地域を示す「居住地域」、個人の商品２に対する購買の有無を示す「購買フラグ２」，個人の商品３に対する購買の有無を示す「購買フラグ３」を含む。テーブルＴ２において、属性項目「共通ＩＤ」，「購買フラグ２」，「購買フラグ３」の属性値は数値であり、属性項目「居住地域」の属性値は文字列である。なお、図８において「居住地域」の属性値はカテゴリ（文字列）であるが、地域と数値を対応させる等して、カテゴリを数値で表すようにしてもよい。例えば、テーブルＴ２において、属性項目「共通ＩＤ」に対し属性値「６７８９０」、属性項目「居住地域」に対し属性値「東京」、属性項目「購買フラグ２」に対し属性値「１」、属性項目「購買フラグ３」に対し属性値「０」が格納されている。これは、共通ＩＤが６７８９０である個人は、居住する地域が東京、商品２を購入済み、商品３は未購入、ということを意味している。同様に、属性項目「共通ＩＤ」の属性値「２３４５６」，「８９０１２」，「１２３４５」，「９０１２３」，「３４５６７」についても、各属性項目に対し属性値が格納される。
　テーブルＴ１とテーブルＴ２とでは、「共通ＩＤ」以外の属性項目は異なっているが、同一の「共通ＩＤ」で示されるレコードは同一の個人に対応する。例えば、テーブルＴ１の「共通ＩＤ」の属性値「６７８９０」によって特定されるレコード（個人）は、テーブルＴ２の「共通ＩＤ」の属性値「６７８９０」によって特定されるレコード（個人）と同一である。
　テーブルＴ３は、データ提供サーバ１００－３が提供する機微データ（会社Ｃが保有するデータ）を示している。データ提供サーバ１００－３は、テーブルＴ１およびＴ２で示される機微データを保有する会社Ａおよび会社Ｂとは異なる機微データを提供する。
　テーブルＴ３において、機微データは、属性項目として、個人を一意に特定する識別子である「共通ＩＤ」、配偶者の有無を示す「配偶者フラグ」、扶養家族の人数を示す「扶養人数」、個人の商品４に対する購買の有無を示す「購買フラグ４」を含む。テーブルＴ３において、属性項目「共通ＩＤ」，「配偶者フラグ」，「扶養人数」，「購買フラグ４」の属性値は数値である。例えば、テーブルＴ３において、属性項目「共通ＩＤ」に対し属性値「２３４５６」、属性項目「配偶者フラグ」に対し属性値「１」、属性項目「扶養人数」に対し属性値「３」、属性項目「購買フラグ４」に対し属性値「１」が格納されている。これは、共通ＩＤが２３４５６である個人は、配偶者を有し、扶養人数は３人であり、商品４を購入済み、ということを意味している。同様に、属性項目「共通ＩＤ」の属性値「９０１２３」，「５６７８９」，「３４５６７」，「７８９０１」，「１２３４５」についても、各属性項目に対し属性値が格納される。
　テーブルＴ３と、テーブルＴ１及びＴ２とでは、「共通ＩＤ」以外の属性項目は異なっている。また、属性項目「共通ＩＤ」の属性値は、テーブルＴ３にのみ「５６７８９」および「７８９０１」が含まれている。すなわち、各テーブルには、同一のレコードの群ではなく、テーブルごとに異なるレコードを含む群であってもよい。なお、本実施形態においては、図８で示したように、各データ提供サーバが提供する機微データに含まれる属性項目は、「共通ＩＤ」（識別子）以外は異なるものとしているが、他の実施形態として、同じ属性項目を含んでいてもよい。その場合、統合データとしてどのデータ提供サーバが提供する属性値を優先するかは、システム管理者等が適宜設定して決定することができる。
　図９は、暗号化された機微データのデータ構造の一例を示す図である。図９において、「共通ＩＤ」以外の属性項目の属性値が暗号化されたテーブルＴ１ｅ，Ｔ２ｅ，Ｔ３ｅが示されている。
　テーブルＴ１ｅは、データ提供サーバ１００－１（会社Ａ）が管理するユーザ鍵（ユーザ公開鍵またはユーザ共通鍵）に基づいて、テーブルＴ１の「共通ＩＤ」以外の属性値が暗号化されている。例えば、属性値が数値である属性項目「年齢」，「収入」，「購買フラグ１」については、準同型暗号方式および／または順序保存暗号方式で暗号化し、属性値が文字列である属性項目「性別」については、検索可能暗号方式で暗号化する。なお、テーブルＴ１ｅにおいて、説明を簡単にするため、属性値が数値のデータは、例えば、準同型暗号方式で暗号化された値を示している（以下、テーブルＴ２ｅ，Ｔ３ｅにおいても同様）。
　テーブルＴ２ｅは、データ提供サーバ１００－２（会社Ｂ）が管理するユーザ鍵（ユーザ公開鍵またはユーザ共通鍵）に基づいて、テーブルＴ２の「共通ＩＤ」以外の属性値が暗号化されている。例えば、属性値が数値である属性項目「購買フラグ２」，「購買フラグ３」については、準同型暗号方式および／または順序保存暗号方式で暗号化し、属性値が文字列である属性項目「居住地域」については、検索可能暗号方式で暗号化する。
　また、テーブルＴ３ｅは、データ提供サーバ１００－３（会社Ｃ）が管理するユーザ鍵（ユーザ公開鍵またはユーザ共通鍵）に基づいて、テーブルＴ３の「共通ＩＤ」以外の属性値が暗号化されている。例えば、属性値が数値である属性項目「配偶者フラグ」，「扶養人数」，「購買フラグ４」については、準同型暗号方式および／または順序保存暗号方式で暗号化する。
　プロキシサーバ３００は、データ提供サーバ１００－１から暗号化された機微データとしてテーブルＴ１ｅを取得する。そして、データ提供サーバ１００－１に対応する再暗号化鍵でテーブルＴ１ｅの属性項目の暗号方式に応じた暗号方式で暗号化を行う。例えば、属性値が数値である属性項目「年齢」，「収入」，「購買フラグ１」については、準同型暗号方式や順序保存暗号方式等で暗号化されているため、同様に、再暗号化鍵（ユーザ秘密鍵およびシステム公開鍵に基づいて生成された鍵）を用いてそれぞれ準同型暗号方式や順序保存暗号方式等で暗号化する。また、属性値が文字列である属性項目「性別」については、ＡＥＳや検索可能暗号方式等で暗号化されているため、同様に、再暗号化鍵（ユーザ共通鍵およびシステム共通鍵に基づいて生成された鍵）を用いてＡＥＳや検索可能暗号方式等で暗号化する。
　プロキシサーバ３００は、テーブルＴ１ｅと同様に、テーブルＴ２ｅ及びＴ３ｅについても再暗号化鍵で暗号化を行う。
　図１０は、統合データのデータ構造の一例を示す図である。図１０において、統合テーブルＴｍは、図９で示したテーブルＴ１ｅ，Ｔ２ｅ，Ｔ３ｅを再暗号化したテーブルに含まれる属性項目「共通ＩＤ」の属性値（識別子）を統合キーとして、統合されたテーブルである。すなわち、統合データは、属性項目として「共通ＩＤ」，「年齢」，「性別」，「収入」，「購買フラグ１」，「居住地域」，「購買フラグ２」，「購買フラグ３」，「配偶者フラグ」，「扶養人数」，「購買フラグ４」を含むテーブルであって、「共通ＩＤ」以外の各属性項目の属性値は、図９において上述したように、再暗号化鍵により暗号化されている。
　統合テーブルＴｍにおいて、属性項目「年齢」，「性別」，「収入」，「購買フラグ１」（カラム）は、データ提供サーバ１００－１（会社Ａ）が提供する機微データである。属性項目「居住地域」，「購買フラグ２」，「購買フラグ３」（カラム）は、データ提供サーバ１００－２（会社Ｂ）が提供する機微データである。属性項目「配偶者フラグ」，「扶養人数」，「購買フラグ４」（カラム）は、データ提供サーバ１００－３（会社Ｃ）が提供する機微データである。
　テーブルＴ３に含まれ、テーブルＴ１およびＴ２には含まれていない「共通ＩＤ」の属性値「５６７８９」および「７８９０１」については、テーブルＴ１およびＴ２に含まれる属性項目の属性値は、ブランク（NULL）またはダミーの数値を格納するなど、演算サーバ４００の管理者等が適宜決定してもよい。または、統合データの属性項目「共通ＩＤ」以外の属性値が格納されていないレコードについては削除するようにしてもよい。
　すなわち、図１０の例では、図９のテーブルＴ１ｅ，Ｔ２ｅ，Ｔ３ｅの属性項目「共通ＩＤ」を統合キーとして、横方向へテーブルを統合（「属性項目」（カラム）の追加）及び、縦方向へのテーブルの統合（「レコード」の追加）を含む統合処理が行われている。
　属性項目「年齢」，「収入」，「購買フラグ１」，「購買フラグ２」，「購買フラグ３」，「配偶者フラグ」，「扶養人数」，「購買フラグ４」の属性値は、再暗号化鍵（ユーザ秘密鍵およびシステム公開鍵に基づいて生成された鍵）により準同型暗号方式や順序保存暗号方式等で暗号化され、同一の暗号化空間に変換されている。また、属性項目「性別」，「居住地域」の属性値は、再暗号化鍵（ユーザ共通鍵およびシステム共通鍵に基づいて生成された鍵）によりＡＥＳや検索可能暗号方式等で暗号化され、同一の暗号化空間に変換されている。これにより、演算サーバ４００では、同一の暗号化空間に変換された属性値について、秘密計算を実行することができる。なお、完全準同型暗号を活用する場合は、再暗号化鍵はデータ提供サーバ１００にてユーザ公開鍵情報およびユーザ秘密鍵情報に基づいて生成することができる。
　図１１は、実施形態１に係る処理の一例を示すフローチャートである。図１１を参照して、プラットフォーム（データ共有システム１）に参加する各組織が提供する機微データを、プロキシサーバ３００が再暗号化して所定の暗号化空間に変換し、秘密計算によりデータ処理される流れについて説明する。処理の流れは一例であり、図１１で示す順序に限られない。なお、以下では、説明を簡略にするため、暗号化された機微データを所定の暗号化空間に変換する方式は、公開鍵暗号方式をベースとした方式で説明する。
　ステップＳ１０１において、データ共有システム１では、鍵生成処理が実行される。鍵管理サーバ２００は、システム鍵（システム公開鍵とシステム秘密鍵の鍵対）を生成する。また、データ提供サーバ１００は、ユーザ鍵（ユーザ公開鍵とユーザ秘密鍵の鍵対）を生成する。さらに、データ提供サーバ１００は、鍵管理サーバ２００で生成されたシステム公開鍵を取得し、ユーザ秘密鍵およびシステム公開鍵に基づいて、再暗号化鍵を生成する。なお、完全準同型暗号を活用する場合は、再暗号化鍵は、基本的にユーザ公開鍵及びユーザ秘密鍵の生成を行うデータ提供サーバ１００で生成され、鍵管理サーバ２００は生成を行わない（当該鍵生成の委託を受けた場合はその限りでない）。鍵管理サーバ２００は、データ提供サーバ１００で生成された当再暗号化鍵を受け取り、必要に応じて鍵管理サーバ２００で管理を行う。
　ステップＳ１０２において、データ提供サーバ１００は、プラットフォームに参加する組織等から取得した機微データを、ユーザ公開鍵を用いて所定の暗号方式で暗号化する。図１１では、例えば、準同型暗号方式で暗号化する。データ提供サーバ１００は、暗号化した機微データおよび再暗号化鍵をプロキシサーバ３００に送信する。
　ステップＳ１０３において、プロキシサーバ３００は、データ提供サーバ１００から受信した機微データを、当該データ提供サーバ１００から受信した再暗号化鍵で暗号化して、所定の暗号化空間における機微データに変換する。図１１の例では、ステップＳ１０２において、機微データは、準同型暗号方式により暗号化されているので、プロキシサーバ３００は、当該機微データの暗号方式に応じた準同型暗号方式により再暗号化鍵で暗号化する。
　ステップＳ１０４において、演算サーバ４００は、プロキシサーバ３００から変換された機微データを取得する。演算サーバ４００は、例えば、端末装置５００からのデータ処理要求に応じて、処理対象の機微データを送信するようプロキシサーバ３００に要求するようにしてもよい。プロキシサーバ３００は、演算サーバ４００の要求に応じ、所定の暗号化空間に変換された、処理対象の機微データを演算サーバ４００に送信する。
　ステップＳ１０５において、演算サーバ４００は、端末装置５００のデータ処理要求に応じた秘密計算を実行する。演算サーバ４００は、例えば、複数の機微データを統合して統合データを生成し、統合データについて機械学習によるモデル学習および推論を行う。なお、モデル学習等は、１つのデータ提供サーバ１００から提供された機微データに基づいて実行されてもよい。演算サーバ４００は、秘密計算の実行結果を、データ処理の要求をした端末装置５００に送信する。
　ステップＳ１０６において、端末装置５００は、秘密計算の実行結果をシステム秘密鍵により復号する。これにより、端末装置５００は、復号された実行結果を平文データとして利用することができる。なお、端末装置５００は、実行結果を利用する権限を有するユーザとして、鍵管理サーバ２００からシステム秘密鍵を予め付与されていてもよいし、データ処理要求の際に、認証されたユーザとしてシステム秘密鍵を取得させてもよい。以上のようにして、データ共有システム１では、データ処理が行われる。
　（ハードウェア構成図）
　図１２は、プロキシサーバ３００のハードウェア構成を示すブロック図である。プロキシサーバ３００は、コンピュータ１００１に実装される。コンピュータ１００１は、ＣＰＵ１００２と、主記憶装置１００３と、補助記憶装置１００４と、インタフェース１００５と、を備える。
　プロキシサーバ３００の各構成要素の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置１００４に記憶されている。ＣＰＵ１００２は、プログラムを補助記憶装置１００４から読み出して主記憶装置１００３に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ１００２は、プログラムに従って、記憶領域を主記憶装置１００３に確保する。当該プログラムは、具体的には、コンピュータ１００１に、データ処理を行わせるプログラムである。
　なお、補助記憶装置１００４は、一時的でない有形の媒体の一例である。一時的でない有形の媒体の他の例としては、インタフェース１００５を介して接続される磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等が挙げられる。また、このプログラムがネットワークを介してコンピュータ１００１に配信される場合、配信を受けたコンピュータ１００１が当該プログラムを主記憶装置１００３に展開し、処理を実行してもよい。
　また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能を補助記憶装置１００４に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。なお、図１２に示したハードウェア構成は、データ提供サーバ１００，鍵管理サーバ２００，演算サーバ４００および端末装置５００も同様の構成としてもよい。これらの装置における各構成要素の動作も、上述のプロキシサーバ３００と同様に、補助記憶装置に記憶されたプログラムに従ったＣＰＵにより実現する。
（効果の説明）
　上述したように、本実施形態に係るデータ共有システムは、暗号データを同一の暗号化空間に変換するためのシステム鍵を管理する鍵管理サーバを備える。また、当該システムに参加する各組織等に対応するデータ提供サーバは、システム鍵とは異なる、当該組織に対応するユーザ鍵を用いて機微データを所定の暗号方式で暗号化し、プロキシサーバに送信する。プロキシサーバは、取得した暗号化された機微データを、ユーザ鍵とシステム鍵とに基づいて生成された再暗号化鍵に基づいて、所定の暗号化空間に変換する。そして、演算サーバは、変換された機微データに基づいて秘密計算を実行する。
　これにより、再暗号化鍵に基づいて所定の暗号化空間に変換された機微データに対する秘密計算の実行結果は、システム鍵により復号することができる。したがって、各データ提供サーバが保有する機微データの内容を他者に開示する（復号する）ことなく、データ処理を行うことができる。また、プロキシサーバと演算サーバとを備えることにより、機械学習やディープラーニング等のアルゴリズムやデータマイニングを秘密計算で実行する際に、プロキシサーバと演算サーバとが部分的に通信しながら協調して秘密計算を行うことができるようになるため、実行パフォーマンスを向上させることができる。
　また、本実施形態に係るデータ共有システムは、秘密計算の実行結果を復号することができるシステム鍵（システム秘密鍵および／またはシステム共有鍵）を鍵管理サーバで管理する。秘密計算の実行結果を利用する権限を実行する際に、各データ提供サーバの協力を必要とすることなく、鍵管理サーバで管理するシステム鍵の付与により行うことができるため、権限の管理が容易である。また、実行結果を利用するために各データ提供サーバの協力が必要となる場合よりも処理を高速に行うことができる。
　また、本実施形態に係るデータ共有システムは、暗号方式が異なる（例えば、暗号化状態のまま検索が可能な方式と、加算乗算が可能な準同型暗号方式など）属性値を含む機微データについて秘密計算を実行する。これにより、機微データについて、暗号化状態のまま、統計的手法もしくは、機械学習・深層学習等の解析アルゴリズムによるモデル学習および推論を行うことができ、セキュアに機微データを活用することができる。
　また、本実施形態に係るデータ共有システムは、変換された機微データを統合して、秘密計算を実行する。これにより、データ共有システムに参加する組織は、自組織が保有する機微データを、他組織に開示することなく統合データとして容易に利活用することができる。また、複数の組織から提供される機微データについてデータ処理を実行することができるため、モデル学習および推論の精度を向上させることができる。
　本実施形態では、プロキシサーバが、標準実行環境から保護される仮想実行環境を構築し、当該仮想実行環境において、各データ提供サーバにおいて暗号化された機微データを復号後、同一の暗号化空間に変換する。
　実施形態２に係るデータ共有システム２は、実施形態１に係るデータ共有システム１のデータ提供サーバ１００およびプロキシサーバ３００に代えて、データ提供サーバ６００およびプロキシサーバ７００を備える点で異なる。
　図１３は、実施形態２に係る処理の概念図である。図１３を参照して、データ共有システム２における処理の概要について説明する。
　実施形態２に係るプロキシサーバ７００は、標準実行環境から保護される仮想実行環境を構築し、当該仮想実行環境において、各データ提供サーバ６００において暗号化された機微データを復号後、同一の暗号化空間に変換する。仮想実行環境は、認証もしくは許可されたユーザしか標準実行環境からアクセスすることができない環境である。認証や許可は、予め条件が定義されている場合は自動的に行われ、定義されていない場合は、アクセスするごとに認証や許可に関する処理が行われるようにしてもよい。また、仮想実行環境は、標準実行環境から信頼された環境であってもよい。また、仮想実行環境は、短時間の構築であることが好ましい。これにより、仮想実行環境がサイバー攻撃を受けても、時間的にセキュリティ突破することが困難であるため、セキュリティ上の安全性を担保することができる。
　データ提供サーバ６００は、ユーザ鍵を生成し、ユーザ鍵により機微データを暗号化する。データ提供サーバ６００－１は、例えば、ユーザ公開鍵pk1およびユーザ秘密鍵sk1の鍵対を生成し、機微データＭ１を、ユーザ公開鍵pk1を用いて、任意の（公開鍵）暗号方式により暗号化する。データ提供サーバ６００－２は、例えば、ユーザ共通鍵ck2を生成し、機微データＭ２を、ユーザ共通鍵ck2を用いて、任意の（共通鍵）暗号方式により暗号化する。
　すなわち、各データ提供サーバ６００は、ユーザ鍵として、ユーザ公開鍵およびユーザ秘密鍵の鍵対、および／または、ユーザ共通鍵を生成する。また、機微データに含まれるデータ形式等に応じた暗号方式で暗号化してもよい。各データ提供サーバ６００は、機微データを復号することができる鍵（ユーザ秘密鍵、ユーザ共通鍵）をセキュアな経路を介してプロキシサーバ７００に送信する。
　鍵管理サーバ２００は、機微データを、所定の暗号化空間に変換するのに用いるシステム鍵を生成する。システム鍵は、システム公開鍵Pkxおよびシステム秘密鍵Skxの鍵対、および／または、システム共通鍵Ckx（不図示）であってよい。鍵管理サーバ２００は、プロキシサーバ７００にシステム鍵（システム公開鍵Pkxおよび／またはシステム共通鍵Ckx）を送信する。
　プロキシサーバ７００は、標準実行環境から保護される仮想実行環境を構築し、仮想実行環境において、ユーザ鍵を用いて暗号文Ｍを復号し、機微データＭを生成する。そして、復号された機微データについて、システム鍵を用いて、秘密計算が実行可能な暗号化方式で暗号化を行い、再暗号化文Ｍを生成する。例えば、システム公開鍵Pkxを用いて、準同型暗号方式により暗号化してもよいし、システム共通鍵Ckxを用いて、検索可能暗号方式により暗号化してもよい。また、機微データに含まれるデータ形式等に応じた暗号方式で暗号化してもよい。
　例えば、データ提供サーバ６００－１から送信された暗号文Ｍ１は、ユーザ秘密鍵sk1によって復号され、平文の機微データＭ１となる。次いで、システム公開鍵Pkxによって暗号化され、再暗号化文Ｍ１に変換される。また、例えば、データ提供サーバ６００－２から送信された暗号文Ｍ２は、ユーザ共通鍵ck2によって復号され、平文の機微データＭ２となる。次いで、システム公開鍵Pkxによって暗号化され、再暗号化文Ｍ２に変換される。
　演算サーバ４００は、再暗号化文Ｍについて秘密計算を実行する。複数の再暗号化文Ｍ１，Ｍ２…を図８～１１で述べたように、統合して統合データを生成し、統合データについて秘密計算を実行するようにしてもよい。
　秘密計算の実行結果は、システム鍵で復号することができる。例えば、システム公開鍵Pkxで暗号化された機微データに対する秘密計算の実行結果は、システム秘密鍵Skxで復号することができる。また、例えば、システム共通鍵Ckxで暗号化された機微データに対する秘密計算の実行結果は、システム共通鍵Ckxで復号することができる。
　標準実行環境から保護される仮想実行環境は、認証されないユーザからのアクセスを防ぐことができるため、暗号化された機微データを所定の暗号化空間に変換する処理を、セキュアに実行することができる。また、復号した機微データを所定の暗号方式で暗号化して所定の暗号化空間に変換するので、処理効率よくデータ処理を実行することができる。また、仮想実行環境は、短時間の構築であることが好ましい。これにより、仮想実行環境がサイバー攻撃を受けても、時間的にセキュリティ突破することが困難であるため、セキュリティ上の安全性を担保することができる。
　（データ提供サーバ６００の機能構成）
　図１４は、データ提供サーバ６００の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。図１４を参照して、データ提供サーバ６００の機能構成の一例について説明する。
　データ提供サーバ６００は、通信部６０１と、制御部６０２と、記憶部６０３と、鍵生成部６０４と、暗号化部６０５と、を備える。
　通信部６０１は、通信部１０１と同様の機能を有する。通信部６０１は、ネットワークＮＷを介した装置やローカルに接続された装置等と、セキュリティが確保されたセキュアな通信チャンネルでデータを送受信する。セキュアな通信チャンネルの構築、通信方法は、共通鍵（セッション鍵など）や公開鍵等を用いた周知の技術であるため、説明を省略する。
　制御部６０２は、制御部１０２と同様の機能を有し、データ提供サーバ６００の各機能を制御する。
　記憶部６０３は、記憶部１０３と同様の機能を有し、データ提供サーバ６００の各種処理に用いられるコンピュータプログラム、暗号プログラム、鍵等が格納される。
　鍵生成部６０４は、ユーザ鍵を生成する。ユーザ鍵は、ユーザ公開鍵とユーザ秘密鍵の鍵対、および／または、ユーザ共通鍵を含む。鍵生成部６０４は、例えば、暗号化部６０５の要求する暗号方式に応じた鍵を生成してもよい。ユーザ鍵は、通信部６０１を介して、セキュアな通信チャンネルを通して、プロキシサーバ７００に送信される。
　暗号化部６０５は、暗号化部１０５と同様の機能を有し、システム鍵とは異なるユーザ鍵を用いて機微データを所定の暗号方式で暗号化する。暗号化された機微データは、通信部６０１を介して、プロキシサーバ７００に送信される。
　（プロキシサーバ７００の機能構成）
　図１５は、プロキシサーバ７００の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。図１５を参照して、プロキシサーバ７００の機能構成の一例について説明する。
　プロキシサーバ７００は、通信部７０１と、記憶部７０２と、制御部７０３と、変換部７０４と、を備える。
　通信部７０１は、複数のデータ提供サーバ１００から、暗号化された機微データを取得する。また、通信部７０１は、鍵管理サーバ２００から、システム鍵（システム公開鍵および／またはシステム共通鍵）およびユーザ鍵（ユーザ秘密鍵および／またはユーザ共通鍵）を取得し、記憶部７０２に格納する。
　記憶部７０２は、プロキシサーバ３００の各種処理に用いられるコンピュータプログラム、データベース等が格納される。
　制御部７０３は、仮想実行環境構築部７１１と、仮想実行環境廃棄部７１２と、を有し、データ提供サーバ１００から取得した機微データを所定の暗号化空間に変換するための仮想実行環境を構築するよう制御する。
　仮想実行環境構築部７１１は、仮想実行環境を構築する。例えば、暗号化された機微データを受信するごとに仮想実行環境を構築するようにしてもよいし、演算サーバ４００からの要求に応じて、仮想実行環境を構築するようにしてもよい。仮想実行環境には、例えば、ＯＳ（不図示）が搭載され、当該ＯＳは、変換部７０４を備える。
　仮想実行環境廃棄部７１２は、上述の仮想実行環境を廃棄する（消滅させる）。仮想実行環境廃棄部７１２は、例えば、仮想実行環境を表す所定のデータを削除することで、仮想実行環境を廃棄する。仮想実行環境の廃棄は、例えば、機微データを所定の暗号化空間に変換した後に実行されてもよいし、認証したユーザからの指示に基づいて実行されてもよい。
　変換部７０４は、取得部７２１と、復号部７２２と、暗号化部７２３と、提供部７２４と、を含む。
　取得部７２１は、仮想実行環境データ取得部および仮想実行環境鍵取得部に相当し、記憶部７０２から暗号化された機微データおよび当該機微データに対応するユーザ鍵ならびにシステム鍵を取得する。
　復号部７２２は、暗号化された機微データを、当該機微データを暗号化したデータ提供サーバ６００に対応するユーザ鍵によって復号する。
　暗号化部７２３は、仮想実行環境変換部に相当し、復号された機微データをシステム鍵で暗号化する。暗号化部７２３は、暗号化された機微データの暗号方式に応じた暗号化を行う。例えば、データ提供サーバ１００において準同型暗号方式で暗号化された機微データについては、同じ準同型暗号方式により鍵管理サーバ２００から取得したシステム鍵を用いて再暗号化を行う。また、ＡＥＳで暗号化された機微データについては、同じＡＥＳによりシステム鍵を用いて再暗号化を行う。
　また、暗号化部７２３は、暗号化された機微データの処理目的に応じた暗号方式により暗号化してもよい。例えば、機微データについて高度なアルゴリズム計算処理を行う場合は、暗号化部７２３は、保管や簡易計算・検索等を目的とするのに適した暗号化方式で暗号化された機微データについて、高度なアルゴリズム計算処理を目的とするのに適した暗号化方式により再暗号化鍵を用いて再暗号化を行うようにしてもよい。より具体的には、順序保存暗号方式により暗号化された機微データについては、準同型暗号方式により再暗号化するようにしてもよい。また、準同型暗号方式により暗号化された機微データについては、完全準同型暗号方式により再暗号化するようにしてもよい。なお、暗号化部７２３は、機微データのデータ形式（文字列や数字）等に応じた暗号方式で暗号化することで、機微データを所定の暗号化空間に変換してもよい。
　提供部７２４は、暗号化部７２３により所定の暗号化空間に変換された機微データを、標準実行環境等に提供する。例えば、変換された機微データは、記憶部７０２に格納される。
　また、復号部７２２が暗号化された機微データを復号する際に用いたユーザ鍵は、仮想実行環境廃棄部７１２が仮想実行環境を廃棄する際に廃棄するようにしてもよい。
　図１６は、実施形態２に係る処理の一例を示すフローチャートである。図１６を参照して、プラットフォーム（データ共有システム２）に参加する各組織が提供する機微データを、仮想実行環境で復号後に所定の暗号化空間に変換し、秘密計算によりデータ処理される流れについて説明する。処理の流れは一例であり、図１６で示す順序に限られない。なお、以下では、説明を簡略にするため、暗号化された機微データを所定の暗号化空間に変換する方式は、公開鍵暗号方式をベースとした方式で説明する。
　ステップＳ２０１において、データ共有システム２では、鍵生成処理が実行される。鍵管理サーバ２００は、システム鍵（システム公開鍵とシステム秘密鍵の鍵対）を生成し、システム公開鍵をプロキシサーバ７００に送信する。また、データ提供サーバ６００は、ユーザ鍵（ユーザ公開鍵とユーザ秘密鍵の鍵対またはユーザ共通鍵）を生成する。
　ステップＳ２０２において、データ提供サーバ６００は、プラットフォームに参加する組織等から取得した機微データを、ユーザ鍵を用いて所定の暗号方式で暗号化する。例えば、準同型暗号方式によりユーザ公開鍵を用いて暗号化してもよいし、ＡＥＳによりユーザ共通鍵を用いて暗号化してもよい。データ提供サーバ６００は、暗号化した機微データおよび当該機微データを復号するユーザ鍵（ユーザ秘密鍵および／またはユーザ共通鍵）をプロキシサーバ７００に送信する。
　ステップＳ２０３において、プロキシサーバ７００は、仮想実行環境を構築する。そして、データ提供サーバ６００から受信した機微データを、構築した仮想実行環境において、当該データ提供サーバ６００のユーザ鍵で復号後、システム公開鍵を用いて所定の暗号化空間における機微データに変換する。より具体的には、プロキシサーバ７００は、機微データを、例えば、暗号化状態のまま数値計算等を行うことができる準同型暗号方式や、順序保存暗号方式等により暗号化する。プロキシサーバ７００は、機微データの変換後、仮想実行環境を廃棄する。
　ステップＳ２０４において、演算サーバ４００は、プロキシサーバ７００から変換された機微データを取得する。演算サーバ４００は、例えば、端末装置５００からのデータ処理要求に応じて、処理対象の機微データを送信するようプロキシサーバ７００に要求する。プロキシサーバ７００は、演算サーバ４００の要求に応じ、所定の暗号化空間に変換された、処理対象の機微データを演算サーバ４００に送信する。
　ステップＳ２０５において、演算サーバ４００は、端末装置５００のデータ処理要求に応じた秘密計算を実行する。演算サーバ４００は、例えば、複数の機微データを統合して統合データを生成し、統合データについて機械学習によるモデル学習および推論を行う。なお、モデル学習等は、１つのデータ提供サーバ６００から提供された機微データに基づいて実行されてもよい。演算サーバ４００は、秘密計算の実行結果を、データ処理の要求をした端末装置５００に送信する。
　ステップＳ２０６において、端末装置５００は、秘密計算の実行結果をシステム秘密鍵により復号する。これにより、端末装置５００は、復号された実行結果を平文データとして利用することができる。なお、端末装置５００は、実行結果を利用する権限を有するユーザとして、鍵管理サーバ２００からシステム秘密鍵を予め付与されていてもよいし、データ処理要求の際に、認証されたユーザとしてシステム秘密鍵を取得させてもよい。以上のようにして、データ共有システム２では、データ処理が行われる。
（効果の説明）
　上述したように、本実施形態に係るデータ共有システムは、暗号データを同一の暗号化空間に変換するためのシステム鍵を管理する鍵管理サーバを備える。また、当該システムに参加する各組織等に対応するデータ提供サーバは、システム鍵とは異なる、当該組織のユーザ鍵を用いて機微データを所定の暗号方式で暗号化し、プロキシサーバに送信する。プロキシサーバは、標準実行環境から保護される仮想実行環境を構築し、当該仮想実行環境において、取得した暗号化された機微データを復号後、システム鍵に基づいて、所定の暗号化空間に変換する。そして、演算サーバは、変換された機微データに基づいて秘密計算を実行する。
　標準実行環境から保護される仮想実行環境は、認証されないユーザからのアクセスを防ぐことができるため、暗号化された機微データを所定の暗号化空間に変換する処理を、セキュアに実行することができる。また、復号した機微データを所定の暗号方式で暗号化して所定の暗号化空間に変換するので、処理効率よく所定の暗号化空間に変換することができる。また、仮想実行環境は、短時間の構築であるため、仮想実行環境がサイバー攻撃を受けても、時間的にセキュリティ突破することが困難であり、セキュリティ上の安全性を担保することができる。
＜実施例２の変形例＞
　仮想実行環境を構築し、仮想実行環境において、暗号化された機微データを所定の暗号化空間に変換する処理は、プロキシサーバ７００ではなく、演算サーバ４００が行うように構成してもよい。さらに、鍵管理サーバ２００が行う、システム鍵の管理についても、演算サーバ４００で行うように構成してもよい。
　これにより、通信チャンネルを介したデータの送受信処理を削減することができるため、セキュリティが向上し、また、コストの削減にもつなげることができる。
　上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。
　１，２　データ共有システム、１００，６００　データ提供サーバ、２００　鍵管理サーバ、３００，７００　プロキシサーバ、４００　演算サーバ、５００　端末装置、１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１　通信部、１０２，３０４，４２０，５０５，６０２，７０３　制御部、１０３，２１０，３０２，４１０，５０２，６０３，７０２　記憶部、１０４，２２０，６０４　鍵生成部、１０５，６０５，７２３　暗号化部、３０３，７０４　変換部、４２１　全体制御部、４２２　統合データ生成部、４２３　実行部、５０３　入力部、５０４　出力部、７１１　仮想実行環境部、７１２　仮想実行環境廃棄部、７２１　取得部、７２２　復号部、７２４　提供部。

Claims (17)

  1. 　複数のデータ提供装置と、鍵管理装置と、プロキシ装置と、演算装置と、を備えるデータ共有システムであって、
    　前記鍵管理装置は、システム鍵を管理する鍵管理部を有し、
    　前記複数のデータ提供装置は、
    　　機微データを取得する第１の機微データ取得部と、
    　　前記システム鍵とは異なるユーザ鍵を用いて前記機微データを所定の暗号方式で暗号化する暗号化部を有し、
    　前記プロキシ装置は、
    　　前記複数のデータ提供装置から、前記暗号化された機微データを取得する第２の機微データ取得部と、
    　　前記取得した機微データを、前記システム鍵に基づいて所定の暗号化空間における機微データに変換する変換部と、
    を有し、
    　前記演算装置は、前記変換された機微データに基づいて秘密計算を実行する実行部を有する、データ共有システム。
  2. 　前記システム鍵は、システム公開鍵およびシステム秘密鍵の鍵対を含み、
    　前記ユーザ鍵は、前記データ提供装置に対応するユーザ公開鍵およびユーザ秘密鍵の鍵対を含む、請求項１に記載のデータ共有システム。
  3. 　前記プロキシ装置は、前記システム公開鍵および前記ユーザ秘密鍵に基づいて生成される再暗号化鍵を用いて、前記変換を行う、請求項２に記載のデータ共有システム。
  4. 　前記データ提供装置は、
    　　前記鍵管理装置の前記鍵管理部から前記システム公開鍵を取得するシステム鍵取得部と、
    　　前記ユーザ秘密鍵および前記システム公開鍵を用いて再暗号化鍵を生成する鍵生成部と、
    をさらに有し、
    　前記プロキシ装置は、前記データ提供装置から前記再暗号化鍵を取得する再暗号化鍵取得部と、
    をさらに有する、請求項３に記載のデータ共有システム。
  5. 　前記プロキシ装置は、
    　　前記鍵管理装置の前記鍵管理部から前記システム公開鍵を取得するシステム鍵取得部と、
    　　前記データ提供装置からユーザ秘密鍵を取得するユーザ鍵取得部と、
    　　前記ユーザ秘密鍵および前記システム公開鍵を用いて再暗号化鍵を生成する鍵生成部と、をさらに有する、請求項３に記載のデータ共有システム。
  6. 　前記システム鍵は、システム共通鍵を含み、
    　前記ユーザ鍵は、前記データ提供装置に対応するユーザ共通鍵を含む、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のデータ共有システム。
  7. 　前記プロキシ装置は、前記システム共通鍵および前記ユーザ共通鍵に基づいて生成される再暗号化鍵を用いて、前記変換を行う、請求項６に記載のデータ共有システム。
  8. 　前記プロキシ装置の変換部は、前記暗号化された機微データの暗号方式に応じた前記変換を行う、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のデータ共有システム。
  9. 　前記プロキシ装置は、標準実行環境から保護される仮想実行環境を構築し、前記仮想実行環境において前記変換を行う、請求項１に記載のデータ共有システム。
  10. 　前記仮想実行環境は、
    　　前記暗号化された機微データを取得する仮想実行環境データ取得部と、
    　　前記暗号化された機微データを復号するユーザ鍵と、前記システム鍵と、を取得する仮想実行環境鍵取得部と、
    　　前記ユーザ鍵を用いて復号した前記機微データを、前記システム鍵を用いて暗号化することにより、前記変換を行う仮想実行環境変換部と、
    を有する、請求項９に記載のデータ共有システム。
  11. 　前記演算装置は、前記秘密計算として、機械学習によるモデル学習および推論を行う、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のデータ共有システム。
  12. 　前記演算装置は、複数の前記変換された機微データを統合して、前記秘密計算を実行する、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のデータ共有システム。
  13. 　前記プロキシ装置は、前記鍵管理装置を内包する、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のデータ共有システム。
  14. 　前記データ提供装置の前記暗号化部は、前記機微データに含まれる属性項目の少なくとも一部の属性値を所定の暗号方式で暗号化し、
    　前記プロキシ装置の前記変換部は、前記機微データの、所定の暗号方式で暗号化された前記属性値を、当該所定の暗号方式に応じた暗号方式で前記変換を行う、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のデータ共有システム。
  15. 　前記機微データは、第１の暗号方式で暗号化された第１の属性値、および第１の暗号方式と異なる第２の暗号方式で暗号化された第２の属性値を含む、請求項１４に記載のデータ共有システム。
  16. 　複数のデータ提供装置と、鍵管理装置と、プロキシ装置と、演算装置と、を備えるシステムにおけるデータ共有方法であって、
    　前記鍵管理装置は、システム鍵を管理するステップを実行し、
    　前記複数のデータ提供装置は、
    　　機微データを取得するステップと、
    　　前記システム鍵とは異なるユーザ鍵を用いて前記機微データを所定の暗号方式で暗号化するステップと、
    を実行し、
    　前記プロキシ装置は、
    　　前記複数のデータ提供装置から、前記暗号化された機微データを取得するステップと、
    　　前記取得した機微データを、前記システム鍵に基づいて所定の暗号化空間における機微データに変換するステップと、
    を実行し、
    　前記演算装置は、前記変換された機微データに基づいて秘密計算を実行するステップを実行する、データ共有方法。
  17. 　複数のデータ提供装置と、鍵管理装置と、プロキシ装置と、演算装置と、を備えるシステムに実行させるデータ共有プログラムであって、
    　前記鍵管理装置は、システム鍵を管理するステップを実行し、
    　前記複数のデータ提供装置は、
    　　機微データを取得するステップと、
    　　前記システム鍵とは異なるユーザ鍵を用いて前記機微データを所定の暗号方式で暗号化するステップと、
    を実行し、
    　前記プロキシ装置は、
    　　前記複数のデータ提供装置から、前記暗号化された機微データを取得するステップと、
    　　前記取得した機微データを、前記システム鍵に基づいて所定の暗号化空間における機微データに変換するステップと、
    を実行し、
    　前記演算装置は、前記変換された機微データに基づいて秘密計算を実行するステップを実行する、データ共有プログラム。
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     

     
     
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