阈值同态加密在隐私计算中的应用:解读

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摘要

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(1)单密钥同态加密
只有一个私钥,且不同公钥加密的密文无法相互计算。
(2)阈值同态加密(多密钥加密)
支持多个私钥,不同公钥加密的密文可以互相计算。

引言

(1)大数据发展很好,结合机器学习更好服务社会,但存在一个问题:单个企业的数据无法支撑算法在自身业务场景的落地(自己的数据量不够,需要别人的),所以需要数据互联互通,数据共享
(2)隐私计算可以解决,定义,作用,常见技术,本文主要介绍其中的同态加密技术,且重点分析单密钥的同态加密和阈值同态加密技术,以及后者在隐私计算中的应用优势。

单密钥同态加密

定义

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总结:
(1)在单密钥同态加密中,能执行同态计算的密文,必须是相同密钥加密的。

问题

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这里,CA肯定会跳出来说,我是干啥的!

总结:
(1)不得不承认,单密钥同态加密确实在该方面存在不足!

阈值同态加密

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总结:
(1)这里不仅私钥是多个,公钥也可以是多个!

定义

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这里的计算密钥\(evk\)也是多个?\(k\)个私钥,\(N\)个公钥和计算密钥,阈值同态加密真NB!

当前阈值同态加密方案

目前的方案大都是基于单密钥全同态加密算法改进的,加密模式大致相同,即支持多个私钥,不同公钥下的密文(在计算密钥下进行转换,密钥交换?)可以互相计算。

阈值:

  • 不同私钥,不同公钥,不同计算密钥
  • 解密时,自少需要\(K\leq N\)个才能解密成功

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【12】:Efficient RSA key generation and threshold paillier in the two-party setting-2019
【4】:Multiparty homomorphic encryption: from theory to practice-2020
【2】:Efficient multi-key homomorphic encryption with packed ciphertexts with application to oblivious neural network inference-2019
【11】:Multi-key homomorphic encryption from TFHE-2019

应用

安全多方横向联邦建模

论文:POSEIDON: privacy-preserving federated neural network learning-2020

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具体流程:
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总结:
(1)参数加密
(2)查询数据被查询者使用自己公钥加密,若要解密,需要所有参与者(查询者+节点)的私钥。

安全模型推理

论文:Efficient multi-key homomorphic encryption with packed ciphertexts with application to oblivious neural network inference-2019

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具体流程:
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总结:
(1)服务器作为“中介”与租客和房东周旋,数据始终是密态,且私钥没有暴露。
(2)这里的公钥两份,私钥两份,且可以用自己的私钥解密,但需要聚合一起才能恢复明文,这点和需多个私钥联合解密有区别!

安全多方云计算

Multi-key privacypreserving deep learning in cloud computing-2017

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具体流程:
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总结:
(1)不同公钥,不同私钥

其他

(1)借助阈值同态加密技术提出MPC框架,并与现有的MPC方案对比

  • Multiparty homomorphic encryption: from theory to practice-2020
  • On-the-fly multiparty computation on the cloud via multikey fully homomorphic encryption-2012
  • Multiparty computation with low communication, computation and interaction via threshold FHE-2012
  • Multiparty computation from threshold homomorphic encryption-2001

(2)借助阈值同态加密提出一种联邦集成树模型
Privacy preserving vertical federated learning for tree-based models-2020

(3)基于阈值同态加密提出一种联邦学习方案
Privacy-preserving federated learning based on multi-key homomorphic encryption-2021

(4)借助阈值同态加密实现一个安全生物认证方案
THRIVE: threshold homomorphic encryption based secure and privacy preserving bIometric VErification system-2014

总结

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总结:
(1)隐私数据保护目前很受重视。
(2)如何在隐私计算下,进行数据流通,共享,发挥最大价值目前很火,值得研究投入。
(3)文章内容:介绍了、指出了、并对。。进行了分析和研究。
(4)正式衔接了“Lifted ElGamal 门限加密算法

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