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[17113] 2021-08-05_安全多方计算：在不可信环境中创建信任

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-18
2021-08-05_安全多方计算：在不可信环境中创建信任 安 全 多 方 计 算 ： 在 不 可 信 环 境 中 创 建 信 任 空 城 H C   F r e e B u f   2 0 2 1 - 0 8 - 0 5 安 全 的 多 方 计 算 有 助 于 确 保 加 密 货 币 交 易 安 全 ， 此 外 ， 它 还 有 其 他 新 兴 用 例 。 什 么 是 安 全 多 方 计 算 ？ 什 么 是 安 全 多 方 计 算 ？ 术 语 “ 安 全 多 方 计 算 ” （ S e c u r e   M u t i - p a r t y   C o m p u t a t i o n ， 简 称 M P C ， 亦 可 简 称 S M C 或 S M P C ） 是 指 一 组 算 法 ， 这 些 算 法 允 许 人 们 通 过 网 络 协 同 工 作 ， 并 安 全 地 获 取 结 果 或 计 算 值 ， 且 确 保 这 一 数 值 的 正 确 性 。 数 学 描 述 为 ： 有 n 个 参 与 者 P 1 , P 2 ， … P n ， 要 以 一 种 安 全 的 方 式 共 同 计 算 一 个 函 数 ， 这 里 的 安 全 是 指 输 出 结 果 的 正 确 性 和 输 入 信 息 、 输 出 信 息 的 保 密 性 。 安 全 多 方 计 算 问 题 首 先 由 华 裔 计 算 机 科 学 家 、 图 领 奖 获 得 者 姚 期 智 教 授 于 1 9 8 2 年 提 出 ， 也 就 是 为 人 熟 知 的 百 万 富 翁 问 题 ： 两 个 争 强 好 胜 的 富 翁 A l i c e 和 B o b 在 街 头 相 遇 ， 如 何 在 不 暴 露 各 自 财 富 的 前 提 下 比 较 出 谁 更 富 有 ？ 简 单 来 说 ， 安 全 多 方 计 算 协 议 作 为 密 码 学 的 一 个 子 领 域 ， 其 允 许 多 个 数 据 所 有 者 在 互 不 信 任 的 情 况 下 进 行 协 同 计 算 ， 输 出 计 算 结 果 ， 并 保 证 任 何 一 方 均 无 法 得 到 除 应 得 的 计 算 结 果 之 外 的 其 他 任 何 信 息 。 换 句 话 说 ， S M P C 技 术 可 以 获 取 数 据 使 用 价 值 ， 却 不 泄 露 原 始 数 据 内 容 。 数 十 年 来 ， 理 论 数 学 家 一 直 在 研 究 多 方 计 算 。 现 在 ， 研 究 人 员 研 发 出 了 这 种 算 法 ， 并 在 更 复 杂 的 开 发 中 的 W e b 应 用 程 序 、 A P I 和 服 务 中 发 挥 作 用 。 如 今 ， 在 不 信 任 环 境 中 也 出 现 了 这 种 算 法 的 使 用 。 大 多 数 企 业 堆 栈 或 多 或 少 地 都 有 运 行 这 种 算 法 ， 员 工 协 同 工 作 并 朝 着 同 一 个 方 向 努 力 。 一 个 W e b 服 务 查 询 可 以 数 据 组 合 完 成 回 答 ， 通 过 将 存 储 在 一 台 设 备 上 的 数 据 与 存 储 在 由 模 板 控 制 的 第 三 台 设 备 格 式 化 的 另 一 台 设 备 上 的 数 据 组 合 ， 所 有 这 些 都 由 在 负 载 均 衡 器 后 面 运 行 的 K u b e r n e t e s 集 群 管 理 器 进 行 编 排 。 即 使 相 互 连 接 的 台 式 机 也 可 以 利 用 C P U 芯 片 与 显 卡 和 网 卡 的 强 大 功 能 协 同 工 作 ， 为 同 一 用 户 提 供 服 务 。 所 有 这 些 案 例 都 是 在 可 信 环 境 中 运 作 的 。 如 果 软 件 堆 栈 的 不 同 设 备 和 彼 此 不 信 任 的 人 员 运 行 又 当 如 何 ？ S M P C 算 法 使 员 工 即 使 在 彼 此 不 信 任 的 情 况 下 也 能 协 同 工 作 。 最 基 本 的 审 计 和 加 密 功 能 的 紧 密 结 合 ， 即 使 戴 着 伪 装 面 具 的 攻 击 者 试
图 窃 取 数 据 或 者 企 业 出 现 内 鬼 ， 最 后 输 出 的 数 据 也 将 是 正 确 的 和 安 全 的 。 安 全 多 方 计 算 的 工 作 原 理 安 全 多 方 计 算 的 工 作 原 理 大 多 数 加 密 算 法 由 一 名 人 员 操 作 运 行 ， 所 有 数 学 计 算 由 该 人 或 在 该 组 织 的 可 信 环 境 中 完 成 。 文 件 可 能 会 在 受 密 码 保 护 的 个 人 设 备 上 进 行 安 全 加 密 ， 然 后 再 通 过 电 子 邮 件 发 送 或 存 储 在 公 开 的 互 联 网 上 。 数 字 签 名 是 由 私 人 设 备 使 用 防 止 泄 露 的 密 钥 创 建 的 ， 因 此 其 他 人 会 相 信 只 有 密 钥 的 所 有 者 才 能 创 建 签 名 。 S M P C 可 以 利 用 这 些 基 本 算 法 来 找 到 政 治 上 更 复 杂 问 题 的 解 决 方 案 。 虽 然 他 们 经 常 使 用 相 同 的 标 准 加 密 或 数 字 签 名 ， 但 他 们 在 可 信 环 境 中 协 调 应 用 它 们 。 加 密 货 币 使 用 的 区 块 链 是 一 个 很 好 的 案 例 ， 以 协 调 的 方 式 应 用 基 本 数 字 签 名 ， 以 在 互 不 相 识 的 人 之 间 建 立 更 强 的 信 任 关 系 。 在 这 些 算 法 中 ， 特 定 加 密 货 币 的 所 有 权 与 密 钥 所 有 者 有 关 ， 通 过 添 加 数 字 签 名 将 所 有 权 转 移 到 其 他 人 的 密 钥 。 通 常 ， 这 些 交 易 会 通 过 其 他 人 的 数 字 签 名 与 大 区 块 中 的 其 他 交 易 进 行 认 证 。 综 上 所 述 ， 这 个 数 字 签 名 网 络 可 跟 踪 货 币 的 所 有 权 ， 并 且 有 朝 一 日 可 能 成 为 稳 定 经 济 的 基 础 。 安 全 多 方 计 算 在 理 论 计 算 机 科 学 领 域 也 有 更 精 确 的 定 义 。 一 些 最 早 的 算 法 证 明 ， 可 以 将 任 意 计 算 拆 分 并 获 取 安 全 可 信 的 答 案 。 最 早 的 证 据 表 明 它 可 以 用 于 任 何 表 示 为 布 尔 门 序 列 的 任 意 计 算 。 多 年 来 ， 数 学 家 开 发 了 更 复 杂 、 更 专 注 的 算 法 来 解 决 问 题 。 安 全 多 方 计 算 的 类 型 安 全 多 方 计 算 的 类 型 在 S M P C 保 护 伞 下 考 虑 了 许 多 不 同 的 算 法 组 合 。 最 早 的 算 法 是 在 1 9 7 0 年 代 首 次 发 布 的 ， 当 时 数 学 家 们 正 在 寻 找 一 种 方 法 来 进 行 远 距 离 玩 游 戏 ， 比 如 扑 克 之 类 的 ， 且 要 保 证 在 发 牌 过 程 中 双 方 都 无 法 作 弊 。 此 后 ， 这 类 游 戏 逐 渐 演 变 出 解 决 任 意 布 尔 函 数 的 优 质 算 法 。 以 下 常 见 算 法 可 以 单 独 用 于 解 决 较 小 的 问 题 ， 也 可 以 结 合 使 用 以 解 决 更 复 杂 的 挑 战 。 秘 密 共 享 秘 密 共 享 一 个 秘 密 值 被 分 成 N 个 部 分 ， 这 样 K 的 任 何 子 集 都 足 以 重 建 秘 密 。 最 简 单 的 示 例 ， 在 一 行 的 Y 轴 截 距 中 对 秘 密 进 行 编 码 。 线 上 的 N 个 点 是 随 机 选 择 的 。 任 何 两 个 都 足 以 重 建 轴 并 恢 复 Y 轴 截 距 ， 在 本 例 中 K = 2 。 更 复 杂 的 数 学 可 以 使 用 更 大 的 K 值 。 隐 藏 的 秘 密 通 常 是 更 大 文 件 的 私 钥 。 一 旦 数 据 泄 露 ， 原 始 密 钥 被 破 坏 ， 就 必 须 有 K 人 共 同 努 力 才 能 将 其 解 锁 。 剪 切 和 选 择 剪 切 和 选 择 这 个 基 本 步 骤 是 许 多 算 法 的 基 础 ， 因 为 它 允 许 一 方 在 不 泄 露 秘 密 信 息 的 情 况 下 审 计 另 一 方 。 一 方 以 某 种 方 式 给 他 们 的 几 个 数 据 包 加 扰 值 。 当 这 些 出 现 时 ， 另 一 方 将 通 过 询 问 解 密 这 些 数 据 包 的 密 钥 来 随 机 选 择 一 些 数 据 包 进 行 审 计 。 如 果 双 方 一 致 且 数 据 正 确 ， 则 无 需 审 计 这 些 未 加 扰 值 的 数 据 包 ， 且 可 以 假 定 未 经 审 核 的 数 据 包 是 正 确 的 。 双 方 可 以 承 诺 共 享 信 息 ， 同 时 保 护 这 些 未 经 审 计 的 数 据 。 零 知 识 证 明 零 知 识 证 明 存 在 一 些 更 复 杂 的 数 字 签 名 版 本 ， 此 类 证 明 的 创 建 者 可 以 在 不 透 露 数 值 本 身 的 情 况 下 展 示 内 容 信 息 。 这 些 在 更 复 杂 的 算 法 中 通 常 很 有 用 ， 因 为 一 方 可 以 在 不 透 露 的 情 况 下 做 出 秘 密 选 择 。 一 个 简 单 的 版 本 通 常 被 称 为 “ 比 特 承 诺 ” ， 它 是 许 多 游 戏 中 的 协 议 。 双 方 可 以 通 过 随 机 选 择 正 面 或 反 面 硬 币 ， 从 而 越 过 “ 不 安 全 的 线 ” 。 每 一 方 都 使 用 一 种 单 向 函 数 ， 如 安 全 哈 希 算 法   ( S H A ) ， 以 额 外 的 随 机 性 来 扰 乱 他 们 的 选 择 以 确 保 保 密 。 首 先 ， 两 者 彼 此 共 享 已 添 加 噪 音 数 据 版 本 。 双 方 都 知 道 两 个 加 扰 值 后 ， 可 揭 示 他 们 的 正 面 或 反 面 的 原 始 随 机
值 。 如 果 它 们 匹 配 ， 则 一 方 获 胜 ， 如 果 值 不 匹 配 ， 则 另 一 方 获 胜 。 双 方 可 以 通 过 重 新 计 算 单 向 函 数 来 相 互 审 计 。 非 交 互 式 零 知 识 证 明 非 交 互 式 零 知 识 证 明 最 早 的 零 知 识 证 明 需 要 两 方 进 行 交 互 ， 因 为 一 方 会 向 另 一 方 证 明 某 些 陈 述 。 后 来 ， 出 现 了 非 交 互 式 版 本 ， 并 被 命 名 为 S N A R K s 或 Z K - S N A R K S 。 目 标 是 生 成 一 小 部 分 包 含 证 明 的 所 有 信 息 的 位 。 任 何 人 都 可 以 事 后 检 查 捆 绑 包 ， 执 行 类 似 的 计 算 ， 并 得 出 相 同 的 结 论 。 通 过 证 明 复 杂 的 事 实 ， 同 时 还 保 持 一 些 信 息 的 私 密 性 ， 这 些 捆 绑 包 通 常 充 当 更 强 大 的 数 字 签 名 。 一 个 简 单 的 例 子 可 能 是 驾 照 证 明 一 个 人 年 满 2 1 岁 并 且 有 资 格 购 买 酒 类 ， 但 是 无 需 透 露 其 实 际 年 龄 或 生 日 。 安 全 的 多 方 计 算 用 例 安 全 的 多 方 计 算 用 例 这 些 算 法 在 许 多 商 业 交 易 中 都 很 有 用 ， 因 为 它 们 允 许 人 们 相 互 信 任 ， 正 如 R o n a l d   R e a g a n 的 座 右 铭 ， “ 彼 此 信 任 且 可 以 验 证 他 们 所 做 的 一 切 ” 。 用 例 包 括 ： 加 密 货 币 加 密 货 币 虽 然 社 会 是 否 应 该 将 经 济 信 任 于 数 字 货 币 的 争 论 仍 然 存 在 ， 但 毫 无 疑 问 ， 市 值 证 明 了 S M P C 的 潜 力 。 绝 大 多 数 交 易 如 双 方 预 期 的 那 样 继 续 顺 利 进 行 。 许 多 显 著 问 题 不 是 由 算 法 失 败 引 起 的 ， 而 是 由 计 算 机 系 统 的 泄 漏 引 起 的 。 游 戏 玩 法 游 戏 玩 法 随 着 人 们 逐 渐 转 向 网 络 娱 乐 场 所 ， 作 弊 变 得 更 加 容 易 。 本 地 硬 件 的 控 制 方 让 作 弊 者 闯 入 游 戏 软 件 寻 找 隐 藏 的 数 据 ， 比 如 地 图 。 有 些 人 甚 至 可 能 会 摆 弄 数 据 结 构 以 增 加 额 外 收 入 。 S M P C 算 法 可 以 帮 助 防 止 这 种 作 弊 ， 而 无 需 特 殊 的 可 信 硬 件 。 合 同 谈 判 合 同 谈 判 许 多 企 业 经 常 与 一 些 重 要 的 合 作 伙 伴 密 切 合 作 ， 但 不 能 完 全 信 任 对 方 。 例 如 ， 汽 车 经 销 商 与 银 行 合 作 贷 款 ， 保 险 公 司 为 资 产 提 供 担 保 。 传 统 上 ， 购 买 需 要 大 量 文 书 工 作 ， 因 为 每 一 方 都 试 图 保 护 自 己 。 S M P C 可 减 少 繁 琐 的 文 书 工 作 且 可 完 成 交 易 。 数 据 收 集 数 据 收 集 人 们 往 往 不 愿 参 与 研 究 ， 因 为 他 们 不 想 透 露 私 人 信 息 。 许 多 市 场 依 赖 于 有 关 需 求 和 供 应 的 准 确 汇 总 数 据 。 然 而 ， 收 集 这 些 信 息 可 能 很 棘 手 ， 因 为 参 与 者 不 想 分 享 他 们 的 个 人 原 始 数 字 。 安 全 算 法 可 以 帮 助 以 保 护 隐 私 的 方 式 收 集 这 些 信 息 。 自 动 化 市 场 自 动 化 市 场 传 统 市 场 通 常 依 赖 于 充 当 仲 裁 者 的 中 立 角 色 。 比 特 币 区 块 链 只 是 算 法 如 何 取 代 交 易 中 间 人 的 一 个 例 子 。 精 彩 推 荐 精 彩 推 荐
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