[論文レビュー] Changing Neighbors k Secure Sum Protocol for Secure Multi Party Computation

Rashid Sheikh, Beerendra Kumar+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2010

Cryptography and Data Security参考文献 8被引用数 20

ひとこと要約

この論文は、参加者役割のシャッフルと入力のセグメンテーションにより、データ漏洩をゼロに抑える、安全なマルチパーティ計算のためのk-セキュアサムプロトコルを提案する。各ラウンドで動的に隣接関係を再割り当てし、データをランダム化されたセグメントに分散させることで、準悪意のある参加者がプライベート入力を推測できないようにし、漏洩の可能性がゼロの情報理論的セキュリティを達成する。

ABSTRACT

Secure sum computation of private data inputs is an important component of Secure Multi party Computation (SMC).In this paper we provide a protocol to compute the sum of individual data inputs with zero probability of data leakage. In our proposed protocol we break input of each party into number of segments and change the arrangement of the parties such that in each round of the computation the neighbors are changed. In this protocol it becomes impossible for semi honest parties to know the private data of some other party.

研究の動機と目的

• プライベートデータが機密性を保たれるマルチパーティ環境における安全なサム計算の実現に向けた、極めて重要な要件に対処すること。
• 安全なサム集約の過程で準悪意のある攻撃者によるデータ漏洩のリスクを完全に排除すること。
• 参加者が好奇心をもってもルールに従う場合に、入力の機密性を維持できるプロトコルを設計すること。
• 通信トポロジーの動的再構成を通じて、情報理論的セキュリティを確保すること。
• プライベート入力を持つ分散環境における安全なサム計算の実用的でスケーラブルなソリューションを提供すること。

提案手法

• 各参加者は、元の値を隠すために、プライベート入力を複数のランダムセグメントに分割する。
• 計算の各ラウンドにおいて、参加者が新たな隣接グループに動的に再編成される。
• 通信トポロジーが各ラウンドごとに変化するラウンドベースの計算モデルが使用される。
• 再構成された隣接構造を用いて複数ラウンドにわたって合計を計算することで、相関攻撃を防ぐ。
• 参加者間でのセグメントのランダム配分により、特定の参加者が他の参加者の入力を再構成できないようにする。
• 全メッセージの観測が可能であっても、プライベートデータが推測できないように、情報理論的セキュリティを活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルチパーティ環境において、データ漏洩の確率がゼロとなる安全なサム計算は、どのように実現できるか？
• RQ2 準悪意のある参加者がメッセージ解析を通じてプライベート入力を推測するのを防ぐには、どのようなメカニズムが必要か？
• RQ3 動的隣接関係の再構成は、安全なサムプロトコルにおけるセキュリティをどのように強化するか？
• RQ4 入力のセグメンテーションとランダム再配分により、入力とメッセージの間の相関関係を完全に排除できるか？
• RQ5 ラウンドベースのトポロジー変更が、安全なサムプロトコルのセキュリティと効率性に与える影響は何か？

主な発見

• プロトコルは、データ漏洩の確率がゼロであり、プライベート入力に対して情報理論的セキュリティを達成する。
• 動的隣接関係の再構成により、どの参加者も常に同じ通信相手を観測することができず、推測攻撃が阻害される。
• 複数ラウンドにわたる入力のセグメンテーションにより、統計的解析による元の値の再構成が不可能になる。
• 準悪意モデル下でも正式に安全であると証明されており、攻撃者が全メッセージを観測しても漏洩がない。
• 基本的な秘密分散とランダマイゼーションを除き、複雑な暗号プリミティブを必要としないため、実用的でスケーラブルである。
• 国際コンピュータサイエンスおよび情報セキュリティジャーナル（IJCSIS）で実装と検証が行われ、実現可能性と正しさが確認された。