[論文レビュー] Enigma: Decentralized Computation Platform with Guaranteed Privacy

Guy Zyskind, Oz Nathan+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2015

Blockchain Technology Applications and Security被引用数 118

ひとこと要約

Enigmaは、検証可能鍵共有と変更済み分散ハッシュテーブル（DHT）を用いて、プライベートでスケーラブルかつ検証可能なセキュアなマルチパーティ計算（sMPC）を可能にする分散型計算プラットフォームを提案する。ブロックチェーンに基づくアクセス制御とインcentiveメカニズムを備え、ユーザーは生の入力を露呈せずにプライベートデータ上で計算を実行でき、分散型アプリケーションにおけるエンドツーエンドのプライバシーを実現する。

ABSTRACT

A peer-to-peer network, enabling different parties to jointly store and run computations on data while keeping the data completely private. Enigma's computational model is based on a highly optimized version of secure multi-party computation, guaranteed by a verifiable secret-sharing scheme. For storage, we use a modified distributed hashtable for holding secret-shared data. An external blockchain is utilized as the controller of the network, manages access control, identities and serves as a tamper-proof log of events. Security deposits and fees incentivize operation, correctness and fairness of the system. Similar to Bitcoin, Enigma removes the need for a trusted third party, enabling autonomous control of personal data. For the first time, users are able to share their data with cryptographic guarantees regarding their privacy.

研究の動機と目的

• ブロックチェーンの計算において生データが公開されるというプライバシーの制限を解消し、生の入力を露出させずにオフチェーンでの計算を可能にする。
• どの単一のエンティティも完全なデータにアクセスしない分散型プラットフォームを設計し、鍵共有によりエンドツーエンドのプライバシーを保証する。
• ブロックチェーンとオフチェーンのハイブリッドアーキテクチャを用いて、スケーラブルで検証可能かつインcentive-compatibleなプライベート計算の実行を実現する。
• 信頼できる第三者に依存せずに、データマーケットプレイス、セキュアなバックエンド、ブラインド投票などのプライベートデータ処理を要する実用的応用を支援する。
• データが計算ノードですら秘密のまま保たれる、チューリング完全でプライバシーを守る実行環境を提供する。

提案手法

• プラットフォームは、データを秘密共有形式で保存するように変更された分散ハッシュテーブル（DHT）を用い、どのノードの1つも完全なデータを保持しないようにする。
• セキュアなマルチパーティ計算（sMPC）を用いて秘密共有されたデータ上で関数を評価し、各参加者がランダムなシェアのみを処理することでプライバシーを保持する。
• ブロックチェーンはアクセス制御、アイデンティティ管理、ログ記録の制御者として使用され、監査可能性と改ざん防止を確保する。
• プライベートコントラクト（スマートコントラクトの拡張）により、状態保持型のプライベート計算を可能にし、実行結果はブロックチェーンに検証可能に保存される。
• ノードはセキュリティ預り金と手数料によりインcentivizedされ、計算貢献度（ラウンド数と操作数）に基づいて報酬が支払われる。
• 検証可能鍵共有を用いて正しさを保証し、悪意ある行動を検出可能にし、実行の証明をオンチェーンに保存して公開監査を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分散型システムは、いかなる参加者に対しても生の入力を露呈させずに、プライベートデータ上で安全な計算を実行できるか？
• RQ2 プライバシー保護型計算を、検証可能性と正しさを維持したまま、スケーラブルかつ効率的に実現するにはどうすればよいか？
• RQ3 信頼できない分散型運用を実現するための、強力なプライバシー保証を提供するアーキテクチャ的およびインcentiveメカニズムは何か？
• RQ4 ブロックチェーン上にプライベートコントラクトを構築し、秘密共有されたデータ上で複雑な状態保持型計算を実行できるか？
• RQ5 データアクセスと計算を、従来のデータ共有とは異なり、元に戻せたり制御可能になったりするようにはできるか？

主な発見

• Enigmaは、どの参加者に対しても生の入力を露呈させずに、計算を実行可能であり、計算ノードですらランダムなシェアのみを処理するため、プライバシーが保証される。
• 計算をネットワーク全体に複製するのではなく、一部のノードに分散させることでスケーラビリティを達成し、冗長性を低減する。
• 検証可能鍵共有により正しさが保証され、悪意ある行動の検出が可能となり、実行の証明がブロックチェーンに保存され、公開監査が可能になる。
• プラットフォームは、プライベートデータマーケットプレイス、セキュアなバックエンド、ブラインド電子投票、分散型アイデンティティ管理など、幅広い応用をサポートする。
• セキュリティ預り金と手数料に基づく報酬メカニズムにより、ノードの誠実性と計算の公平性が保証される。
• システムは、ユーザーが制御権を保持し、アクセスを差し替え可能であるため、データ共有を逆転可能にすることができる。第三者が元のデータを一切見ることはない。