[論文レビュー] Secret Share Dissemination across a Network

Nihar B. Shah, K. V. Rashmi+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2012

Cooperative Communication and Network Coding参考文献 41被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、ディーラーがすべての参加者と直接接続されていない一般のネットワークにおいて、通信効率が高く、分散型で決定論的な秘密分散配布アルゴリズムを提示する。問題をネットワーク符号化のインスタンスとしてモデル化することで、ノード盗聴の脅威に対しても安全な配布が可能となり、先行研究ではめったに取り上げられていないシナリオをカバーする。

ABSTRACT

Secret sharing is an important component of several cryptographic protocols. These include protocols for secure multiparty function computation, key management, and secure archival storage. Most protocols assume that the dealer has direct communication links with every participant, in which case, the dealer can directly communicate the respective shares to all participants. In this paper, we consider the problem of disseminating shares of a secret when the dealer and the participants form a general network. We provide an algorithm for secret share dissemination that is communication-efficient, distributed and deterministic. Interestingly, the solution constitutes an instance of a network coding problem admitting a distributed and deterministic solution, and furthermore, handles the case of nodal-eavesdropping, about which very little appears to be known in the literature.

研究の動機と目的

• ディーラーがすべての参加者と直接通信できない任意のネットワークトポロジーにおける秘密共有配布の課題に対処すること。
• このようなネットワークにおける通信オーバーヘッドを最小限に抑える分散型で決定論的な解決策を設計すること。
• 中間ノードが共有を改ざんする可能性があるノード盗聴の脅威に対処すること。これは、この脅威モデルに関しては先行研究が限られている。
• 秘密共有問題をネットワーク符号化問題として形式化することで、効率的で安全な配布を可能にすること。

提案手法

• プロトコルは、有限体上の線形符号化を用いて効率的なデータ伝搬を可能にする、秘密共有配布をネットワーク符号化問題としてモデル化する。
• すべての参加者が正しく秘密を再構築できるように保証する決定論的符号化方式を採用しており、ネットワークトポロジーが任意であっても有効である。
• アルゴリズムは分散型であるため、各ノードは隣接ノードと符号化ルールに関する局所的知識のみを必要とし、スケーラビリティが向上する。
• ノード盗聴に対するセキュリティは、中間ノードが伝送パケットを観測しても秘密共有を推測できないようにすることで実現する。
• 秘密を再構築できるのは、十分な数の共有を持つ承認済み参加者に限られ、情報理論的セキュリティを維持する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ディーラーがすべての参加者と直接リンクを持たない一般ネットワークにおいて、どのようにして秘密共有を効率的に配布できるか？
• RQ2 決定論的かつ分散型のアルゴリズムが、このようなネットワークにおいて安全な秘密共有を達成できるか？
• RQ3 ネットワーク符号化に基づく配布方式において、中間ノード（盗聴者）が秘密共有を学習するのを防ぐメカニズムは何か？
• RQ4 秘密共有をネットワーク符号化問題としてモデル化することで、どのようにして効率的で安全な配布が可能になるか？

主な発見

• 提案されたアルゴリズムは、単純な配布方法と比較して必要な送信回数を削減することで通信効率を達成する。
• 解決策は完全に分散型であり、中央集権的な調整が不要であるため、スケーラビリティとフォールトトレランスが向上する。
• ノード盗聴に対して情報理論的セキュリティを提供し、中間ノードがパケットを観測しても秘密を再構築できないことを保証する。
• 手法は決定論的であるため、あらゆるネットワーク状態下でも、承認済み参加者全員が正しく秘密を再構築できることが保証される。