محاسبه چند طرفه امن كارآمد در مدل پيش‌پردازش

چكيده فارسي :

پروتكل‌هاي محاسبه چند طرفه امن دسته‌اي از پروتكل‌هاي رمزنگارانه هستند كه امكان پردازش داده‌هاي محرمانه با حفظ جوانب مختلف امنيتي از جمله حريم خصوصي را محقق مي‌سازند. سناريوهاي عملي متعدد و متنوعي را مي‌توان مثال زد كه نيازمند پردازش داده‌هاي محرمانه هستند. برون‌سپاري ذخيره و پردازش داده‌ها (كه در بسياري از سرويس‌هاي مبتني بر رايانش ابري با آن مواجه هستيم) و اشتراك‌گذاري داده‌ها (با هدف جستجو، كاوش و پردازش) دو نمونه كلي از سناريوهاي اشاره شده هستند كه چالش‌هاي امنيتي ملموسي را در عمل در پي دارند. عمده نيازمندي‌هاي امنيتي اين سناريوها به‌طور كامل با فلسفه وجودي و كاركرد اصلي محاسبه چند طرفه امن منطبق است. اين امر باعث شده است محاسبه چند طرفه امن از سوي دسته وسيعي از كاربردهاي عملي در حوزه‌هاي اقتصاد، پزشكي، علم ژنتيك، مطالعات اجتماعي، داده‌كاوي، پردازش سيگنال و ... مورد توجه قرار گيرد. موضوع رساله حاضر، ارائه راهكارهاي كارآمد براي محاسبه چند طرفه امن است. كارايي يكي از مهمترين چالش‌هاي پيش‌روي اين حوزه است كه تاثير مستقيمي بر استفاده عملي از اين ابزار و بهره‌برداري از قابليت‌هاي آن دارد. اين رساله، به‌طور ويژه بر مدل پيش‌پردازش متمركز بوده است چراكه اين مدل داراي ويژگي‌هايي منحصر به فرد و ظرفيتي بالا براي ارتقاي امنيت و افزايش كارايي محاسبه امن است. در حال حاضر، مدل پيش‌پردازش جريان اصلي در حوزه كارايي محاسبه چند طرفه امن به شمار مي‌رود. همچنين، در اين رساله رويكرد اتخاذ شده براي دستيابي به راهكارهاي كارآمد محاسبه چند طرفه امن، كارآمدسازي زير-پروتكل‌هاي اساسي و پركاربرد است. ضرب دو طرفه، ضرب داخلي دو طرفه، عملگرهاي منطقي و عمل مقايسه جزء مهمترين زير-پروتكل‌هاي محاسبه امن هستند كه در اين رساله نيز مورد توجه قرار گرفته‌اند. نتايج به‌دست آمده در رساله به‌شرح زير است: - ارائه كران‌هاي پايين بر روي پيچيدگي مخابره در پروتكل‌هاي محاسبه دو طرفه امن در مدل پيش‌پردازش، - ارائه پروتكل كارآمد با امنيت تركيب‌پذيرِ فراگير براي ضرب دو طرفه با خروجي تسهيم شده در مدل پيش‌پردازش، - ارائه ساختار جامع محاسبه چند طرفه امن در مدل پيش‌پردازش بر اساس پروتكل ضرب مذكور، - ارتقاي كارايي يكي از چارچوب‌هاي شناخته‌شده محاسبه چند طرفه امن با تغيير ساختار و استفاده از پروتكل ضرب مذكور، - تحليل امنيت يك پروتكل ضرب داخلي در مدل پيش‌پردازش و نشان دادن ناامن بودن آن، - ارائه پروتكل بهينه با امنيت تركيب‌پذيرِ فراگير براي ضرب داخلي با خروجي توزيع شده در مدل پيش‌پردازش، - ارائه طرح با كارايي بالا براي سناريوي تطبيق پروفايل مبتني بر سرويس‌دهنده‌هاي ابري، - ارائه راهكارهاي كارآمد براي محاسبه امن عملگرهاي منطقي در مدل پيش‌پردازش از جمله زير-پروتكل‌هاي كارا براي تبديل ميدان تسهيم راز، زير-پروتكل‌هاي كارا براي محاسبه عملگرهاي XOR، OR و AND بر روي تعداد دلخواهي بيت ورودي، - و ارائه پروتكل كارآمد براي بررسي تساوي مقادير مخفي در مدل پيش‌پردازش.

چكيده انگليسي :

Efficient secure computation protocols are of vital importance for wide range of practical scenarios where private data is required to be processed. In this study, efficient and secure protocols are proposed for computing central sub-protocols and functionalities (i.e., multiplication, scalar-product, binary operations, equality check and comparison). The proposed protocols are in the preprocessing model and achieve perfect security against malicious adversaries in the universally composable framework. To show efficiency of the proposed protocols, we derive information theoretic lower bounds on the amount of communicated data in a secure two-party computation in the preprocessing model. These bounds apply to a large class of two-party functionalities. We devote a part of this study to security analysis of a recently proposed scalar-product protocol and show an information leakage in this protocol which may lead to serious privacy problems in some scenarios.

سيابي، بابك

محاسبه چند طرفه امن كارآمد در مدل پيش‌پردازش

پروتكل محاسبه چند‌طرفه امن , مدل پيش‌پردازش , پيچيدگي مخابراتي , كارايي بهينه