暗号化したまま計算できる暗号技術とOSS開発による広がり
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CCSE2019 https://ccse.jp/2019/
![• 最も単純なデータクエリ
• AliceはBobが持つテーブル𝑇の𝑛番目の値𝑇[𝑛]が欲しい
• 紛失通信
• AliceはBobが持つテーブル𝑇の𝑛番目の値𝑇[𝑛]が欲しい
• ただしBobに𝑛を教えない
紛失通信
Alice Bob
𝑇1 𝑇2 𝑇3 𝑇𝑛 …
𝐸𝑛𝑐(𝑛)番目の値が欲しい
𝐸𝑛𝑐(𝑇 𝑛 )を返す
…
Alice Bob
𝑇1 𝑇2 𝑇3 𝑇𝑛 …
𝑛番目の値が欲しい
𝑇[𝑛]を返す
…
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暗号化したまま計算できる暗号技術とOSS開発による広がり
- 2. • 自己紹介 • 準同型暗号 • 秘匿クロス集計 • 紛失通信 • 秘匿編集距離 • OSSにおける企業と個人 概要 2 / 15
- 3. • サイボウズ・ラボで暗号の実装・研究 • https://github.com/herumi/ • 『クラウドを支えるこれからの暗号技術』秀和システム • 『パターン認識と機械学習の学習普及版』暗黒通信団 • サイボウズ・ラボユース • 学生支援制度 @herumi 3 / 15
- 4. • 暗号文のまま計算・処理できる暗号技術 • TLS/SSLなどで使われる普通の暗号は暗号文の復号しかできない • 準同型暗号 • 暗号文（カプセル）を開けずにベクトルの内積をできる • （注）秘密鍵を持っている人だけがカプセルの中身を見られます 準同型暗号 +×1 3 42 × 14= 4 / 15
- 5. • 2個のベクトルの暗号文の内積を計算できる暗号 • 𝐸𝑛𝑐 𝑥1 𝐸𝑛𝑐 𝑦1 + ⋯ + 𝐸𝑛𝑐 𝑥 𝑛 𝐸𝑛𝑐 𝑦𝑛 = 𝐸𝑛𝑐(𝑥1 𝑦1 + ⋯ + 𝑥 𝑛 𝑦𝑛) • ペアリングを用いた高速なアルゴリズムと実装を提案 • Efficient Two-level Homomorphic Encryption in Prime-order Bilinear Groups and A Fast Implementation in WebAssembly, ASIACCS 2018 • 産総研との共同研究 レベル2準同型暗号 暗号文ベクトルの内積 ベクトルの内積の暗号文= 5 / 15
- 6. • （個人）データを収集し、分析して知見を得たい • ○○を買った人は△△も買いそう • ××と□ □に相関が データ分析 平文を送信 データを集約して分析 マンガ1 マンガ2 小説1 iPhone カメラ1 Aさん ○ ○ ○ ○ Bさん ○ Cさん ○ ○ ○ ... ○ マンガ2を買ってる人は カメラ1を買う？ 6 / 15
- 7. • データ提供者にとって • 利点：よりよい価値を受けられる • 欠点：プライバシーが心配 • 集計・分析者 • 利点：データを分析できて嬉しい • 欠点：実は個別の情報は不要なんだけどな（というケース） • 準同型暗号 • データ分析者を集計者と分析者に分離 利点と欠点 7 / 15
- 8. • 暗号化されたデータを集めて計算 https://herumi.github.io/she-wasm/cross-demo-ja.html 準同型暗号によるデータ分析 マンガ2購入 購入せず カメラ1購入 ＊ ＊ 購入せず ＊ ＊ 暗号文を 送信 マンガ1 マンガ2 小説1 iPhone カメラ1 Aさん ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ Bさん ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ Cさん ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ... ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ 暗号文のままクロス集計 マンガ2購入 購入せず カメラ1購入 80 20 購入せず 10 30 復号して分析 分析者集計者データ 提供者 マンガ2購入 購入せず カメラ1購入 ＊ ＊ 購入せず ＊ ＊ 8 / 15
- 9. • 最も単純なデータクエリ • AliceはBobが持つテーブル𝑇の𝑛番目の値𝑇[𝑛]が欲しい • 紛失通信 • AliceはBobが持つテーブル𝑇の𝑛番目の値𝑇[𝑛]が欲しい • ただしBobに𝑛を教えない 紛失通信 Alice Bob 𝑇1 𝑇2 𝑇3 𝑇𝑛 … 𝐸𝑛𝑐(𝑛)番目の値が欲しい 𝐸𝑛𝑐(𝑇 𝑛 )を返す … Alice Bob 𝑇1 𝑇2 𝑇3 𝑇𝑛 … 𝑛番目の値が欲しい 𝑇[𝑛]を返す … 9 / 15
- 10. • ISMB/ECCB2019 Posters U-28 (7/24~25) • 早稲田大学 清水佳奈さんたちとの共同研究 • https://www.iscb.org/cms_addon/conferences/ismbeccb2019/posters.php?track =VarI%20COSI&session=B • 調べた遺伝子の位置と対立遺伝子の組をサーバに送り、 データベースに「ある/なし」を返すbeacon検索のクエリ秘匿化 Privacy-preserving Search for Sharing Generic Variants 10 / 15
- 11. • 編集距離とは • ある文字列𝑠1を1文字ずつ挿入・削除・置換をして 別の文字列𝑠2にする操作の一番少ない回数 • 𝑑("abc", "abc")=0 • 𝑑("abcd", "abcX")=1 • 𝑑 "abcd, "dabc" = 2 • 編集距離の文字列の秘匿化 • お互いが文字列を隠したまま計算する • プライバシーを考慮したクラスタリング・遺伝子解析などに応用 • 東京大学 縫田光司さん、産総研 大畑幸矢さんとの共同研究(CREST JPMJCR19F6) • （注意）編集距離が判明したことから分かる文字列の情報は許容する 秘匿編集距離 11 / 15
- 12. • GitHub(https://github.com/herumi/)で公開 • Xbyak ; C++用JITアセンブラ • 暗号ライブラリの中心部分を書くためのDSL • mcl ; ペアリング/準同型暗号ライブラリ • 高機能暗号を実現するエンジン部分 • bls ; BLS署名 • 秘密分散、集約可能な署名 • 多様な環境に対応 • Windows/Linux/macOS/iPhone/Android • x64/ARM64/WebAssembly • Go/C#/Java/Pythonなどのバインディング オープンソースソフトウェア（OSS） 12 / 15
- 13. • 「マネジメントはいらない、論文数で評価しない R&Dの理想を追求したサイボウズ・ラボは、こんな組織になった」 • https://cybozushiki.cybozu.co.jp/articles/m005323.html • テーマを各自が設定 • 「サイボウズのオープンソースソフトウェアポリシーを紹介します」 • https://blog.cybozu.io/entry/oss-policy • 就業時間中に指示無く自発的に作ったものは個人の著作物 著作権は全て個人に帰属 13 / 15
- 14. • 様々な要望・バグ指摘・質問 • 99%英語（まれに中国語・日本語） • 大変だがなかなか楽しい • 大きなところに使われるとうれしい • 予想外の環境 • コードの質向上につながる • 共同研究につながる OSSで公開すると 14 / 15
- 15. • Xbyak • Intel MKL-DNN（深層学習ライブラリ） • GitHubで発売前のCPUの新しい命令対応依頼など • Intel IAGSシニア・アプリケーションエンジニア堀越将司さんと共同研究開始 • ate-pairing • ゼロ知識証明ライブラリzk-SNARKの実装の一つlibsnark • bls • DFINITY; BLS署名をブロックチェーンで利用する先駆け • Harmony.one, 0CHAIN, ChainSafe, spacemesh, ... • mcl • Prysmatic Labs Ethereum 2.0, AZTEC protocol, ... 利用プロジェクト(一部) 15 / 15