閾值同態加密在隱私計算中的應用:解讀

記錄學習本論文的筆記。

摘要

image
(1)單密鑰同態加密
只有一個私鑰,且不同公鑰加密的密文無法相互計算。
(2)閾值同態加密(多密鑰加密)
支援多個私鑰,不同公鑰加密的密文可以互相計算。

引言

(1)大數據發展很好,結合機器學習更好服務社會,但存在一個問題:單個企業的數據無法支撐演算法在自身業務場景的落地(自己的數據量不夠,需要別人的),所以需要數據互聯互通,數據共享。
(2)隱私計算可以解決,定義,作用,常見技術,本文主要介紹其中的同態加密技術,且重點分析單密鑰的同態加密和閾值同態加密技術,以及後者在隱私計算中的應用優勢。

單密鑰同態加密

定義

image
image
總結:
(1)在單密鑰同態加密中,能執行同態計算的密文,必須是相同密鑰加密的。

問題

image

這裡,CA肯定會跳出來說,我是幹啥的!

總結:
(1)不得不承認,單密鑰同態加密確實在該方面存在不足!

閾值同態加密

image
總結:
(1)這裡不僅私鑰是多個,公鑰也可以是多個!

定義

image

這裡的計算密鑰\(evk\)也是多個?\(k\)個私鑰,\(N\)個公鑰和計算密鑰,閾值同態加密真NB!

當前閾值同態加密方案

目前的方案大都是基於單密鑰全同態加密演算法改進的,加密模式大致相同,即支援多個私鑰,不同公鑰下的密文(在計算密鑰下進行轉換,密鑰交換?)可以互相計算。

閾值:

  • 不同私鑰,不同公鑰,不同計算密鑰
  • 解密時,自少需要\(K\leq N\)個才能解密成功

image
【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

應用

安全多方橫向聯邦建模

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

image
具體流程:
image
總結:
(1)參數加密
(2)查詢數據被查詢者使用自己公鑰加密,若要解密,需要所有參與者(查詢者+節點)的私鑰。

安全模型推理

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

image
具體流程:
image
image
總結:
(1)伺服器作為「中介」與租客和房東周旋,數據始終是密態,且私鑰沒有暴露。
(2)這裡的公鑰兩份,私鑰兩份,且可以用自己的私鑰解密,但需要聚合一起才能恢復明文,這點和需多個私鑰聯合解密有區別!

安全多方雲計算

Multi-key privacypreserving deep learning in cloud computing-2017

image
具體流程:
image
總結:
(1)不同公鑰,不同私鑰

其他

(1)藉助閾值同態加密技術提出MPC框架,並與現有的MPC方案對比

  • 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)藉助閾值同態加密提出一種聯邦集成樹模型
Privacy preserving vertical federated learning for tree-based models-2020

(3)基於閾值同態加密提出一種聯邦學習方案
Privacy-preserving federated learning based on multi-key homomorphic encryption-2021

(4)藉助閾值同態加密實現一個安全生物認證方案
THRIVE: threshold homomorphic encryption based secure and privacy preserving bIometric VErification system-2014

總結

image
總結:
(1)隱私數據保護目前很受重視。
(2)如何在隱私計算下,進行數據流通,共享,發揮最大價值目前很火,值得研究投入。
(3)文章內容:介紹了、指出了、並對。。進行了分析和研究。
(4)正式銜接了「Lifted ElGamal 門限加密演算法」

Tags: