JP2014002365A - プライバシーを保護することができる暗号化データの問い合わせ方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】1組の暗号化されたデータインスタンスは1組の暗号文に関連付けられ、暗号文は、対応するデータインスタンスの表現と、対応するデータインスタンスから抽出されたデータインスタンス属性との暗号化された関数である。クライアントは、問い合わせ属性及びデータインスタンス属性の距離関数に基づいて1組の暗号文から暗号文を解読して、表現を生成し、その表現を用いて、対応するデータインスタンスにアクセスする。
【選択図】図1
Description
データインスタンスを公開することなく、画像、映像、音、テキストのような2つのデータインスタンスを安全に比較することは、安全なマルチパーティ計算の一部である。2つのデータインスタンスの関数を代数回路として表すことができる場合には、一般に、種々のプライバシー要件を満たしながら関数を計算する一般化されたプロトコルが存在する。しかしながら、実際には、そのような一般化されたプロトコルは、計算及び通信オーバーヘッドの観点から極めて複雑である。それゆえ、ユークリッド距離、ハミング距離又は相互相関のような、一般的に用いられる関数のための効率的なプロトコルを開発する必要がある。
幾つかの方法は、暗号化されたドメインにおいて関数を計算するために公開鍵準同型暗号システムを用いる。準同型暗号システムは、加法準同型暗号システム、乗法準同型暗号システム又は二重準同型暗号システムとして分類することができる。そのような暗号システムを用いて、文字列比較、クラスタリング、最近傍、顔認識、認証用バイオメトリックデータ及び他の応用形態のためのプライバシー保護プロトコルを構成してきた。
従来の暗号システムでは、サーバがクライアントにデータインスタンスを安全に送信する必要があるとき、サーバは、サーバ及びクライアントに既知の対称鍵を用いて、又はクライアントの公開鍵を用いて、データインスタンスを暗号化しなければならない。代わりに、ABEシステムでは、サーバは鍵オーソリティ(KA:Key Authority)から幾つかの公開暗号化パラメータを入手し、2つの構成要素:データインスタンスの暗号化、及びデータインスタンスから抽出されたデータインスタンス属性を含む暗号文を生成する。
合成位数の双線形群の一例は、群位数Nが3つの素数の積であるときである。N=pqrとする。ただし、p、q、rは3つの異なる素数である。G及びGTを位数Nの巡回群とする。その際、写像e:G×G→GTがe(xα,yβ)=e(x,y)αβを満たす場合には、その写像は非縮退双線形写像である。ただし、x、yはGの要素であり、α、βは整数である。更に、gがGの生成元である場合には、e(g,g)はGTの生成元である。
合成位数の双線形群を用いる属性に基づく暗号システムのセキュリティは、計算上扱いにくいと見なされる下記の2つの問題を解決することに帰着する。大きな素数p、q、rの場合の整数N=pqr、及び巡回群G=Gp×Gq×Grについて考える。
1.部分群決定問題:部分群Gp×Gqの要素を群Gの要素と区別するのは計算上難しい。言い換えると、或る要素がG上の一様分布から引き出されたか、又は部分群Gp×Gq上の一様分布から引き出されたかを判断するのは計算上難しい。
2.ペアリングディフィー−ヘルマン問題:双線形写像e:G×G→GTについて考える。集合{gp、gq、gr}から1つの要素として
図1は、プライバシーを保護しながら問い合わせを行い、データを検索するアプリケーションのための、暗号化されたデータを生成する方法100のブロック図を示す。方法100は一度だけ実行することができ、例えば、サーバのプロセッサ101によって実行することができる。M(i)が、データベースに収容されることになるデータインスタンス110を表すものとする。ただし、iは集合{1,2,...,m}に属する。各iについて、サーバはデータインスタンスの表現130Liを生成する。例えば、表現130は、データインスタンスに適用される対称暗号化方式の秘密鍵とすることができるか、又はデータインスタンス自体を含む、データインスタンスの任意の他の表現とすることができる。
図2は、データインスタンスM(i)に対応する暗号化されたコンテンツを記憶するための表形式のデータベース200の一部の一例を示す。例えば、データベース200は、1組の暗号化されたデータインスタンス220及び1組の暗号文230を含む。1組の暗号化されたデータインスタンスは、例えば、インデックス210によって、1組の暗号文に関連付けられる。暗号文は、対応するデータインスタンスの表現と、対応するデータインスタンスから抽出されたデータインスタンス属性との暗号化された関数である。
図3は、本発明の幾つかの実施形態による、問い合わせ及びデータ検索のための方法300を示す。その方法は、例えば、クライアントにあるプロセッサ301によって実行することができる。クライアントが問い合わせデータインスタンスQ310を有し、そこから、クライアントは属性ベクトルy335を抽出した(330)と仮定する。一実施形態では、クライアント及びサーバによって用いられる属性抽出方法は同一である。しかしながら、他の実施形態では、これは必要条件ではない。
図4は、本発明の幾つかの実施形態による、クライアントの問い合わせ属性を用いて、プライバシーを保護しながら、サーバにある1組の暗号化されたデータインスタンスを問い合わせるための方法400を示す。1組の暗号化されたデータインスタンスは1組の暗号文に関連付けられ、暗号文は対応するデータインスタンスの表現と、対応するデータインスタンスから抽出されたデータインスタンス属性との暗号化された関数である。
サーバは大きな素数p、q、rと、位数N=pqrの2つの巡回群G及びGTとを生成する。上記のように、それぞれ位数p、q及びrと、それぞれ生成元gp、gq、grとを有する巡回群Gp、Gq及びGrが存在する。e:G×G→GTが非縮退双線形写像であるとする。合成位数の乗法巡回群を生成し、これらの群を用いて非縮退双線形写像を生成するために、楕円曲線に基づく手順がある。その例は、ワイルペアリング及びテイトペアリングを含む。
集合{1,2,...,m}に属するインデックスjごとに、サーバは暗号文に隠されることになるデータインスタンス属性x(j)=(x1 (j),x2 (j),...,xn (j))を所有する。サーバは1組の整数Zからδ、γを、集合Gr、i=0,1,2,...,nからSiをランダムに選択し、クライアントによって受信される(410)ことになる暗号文を決定する。種々の実施形態において、暗号文は、表現と、合成位数の乗法巡回群への双線形写像との積415を含む。幾つかの実施形態では、暗号文は、合成位数の乗法巡回群の要素417を更に含む。
クライアントは問い合わせデータインスタンスQ310から抽出された問い合わせ属性y=(y1,y2,...,yn)に基づいて解読鍵を求める。しかしながら、サーバがQについてのいかなる情報も見いだすのを防ぐために、幾つかの実施形態は、y及び解読鍵の両方をサーバから隠す。
問い合わせ属性yを用いて、クライアントは、t=1,2,...,τごとに、かつ集合{1,2,...,m}に属するjごとに、以下の式の値を求める。
Claims (16)
- クライアントの問い合わせ属性を用いて、プライバシーを保護しながら、サーバにある1組の暗号化されたデータインスタンスを問い合わせるための方法であって、前記1組の暗号化されたデータインスタンスは1組の暗号文に関連付けられ、暗号文は対応するデータインスタンスの表現と、前記対応するデータインスタンスから抽出されたデータインスタンス属性との暗号化された関数であり、前記方法は、
前記問い合わせ属性及び前記データインスタンス属性の距離関数に基づいて前記1組の暗号文から前記暗号文を解読することであって、前記表現を生成する、解読することと、
前記表現を用いて前記対応するデータインスタンスにアクセスすることとを含み、前記方法のステップは前記クライアントのプロセッサによって実行される、サーバプライバシーを保護することができるデータ問い合わせ方法。 - 前記暗号文は前記表現と、合成位数の乗法巡回群への双線形写像との積を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記暗号文は乗法群の要素を更に含み、前記要素の数及び前記要素の数学的な形は、距離関数の多項式構造に対応する、請求項2に記載の方法。
- サーバに、マスクされた問い合わせ属性を送信することと、
前記サーバから、前記乗法群の要素を含む予備解読鍵を受信することであって、前記要素の数及び前記要素の数学的な形は前記距離関数の前記多項式構造及び前記マスクされた問い合わせ属性に対応する、受信することと、
前記予備解読鍵から解読鍵を求めることとを更に含み、前記解読鍵は前記乗法群の要素を含み、前記要素の数及び前記要素の数学的な形は、前記距離関数の前記多項式構造及び前記問い合わせ属性に対応する、請求項3に記載の方法。 - 前記解読することは、
前記表現と、前記距離関数がしきい値未満の特定の値に対応するときに1になる式との積を求めることを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記式は合成位数の乗法巡回群への双線形写像を含む、請求項5に記載の方法。
- 前記解読することは、前記距離関数の結果がしきい値未満である場合に限り成功する、請求項1に記載の方法。
- 前記距離関数はユークリッド距離関数又はハミング距離関数である、請求項1に記載の方法。
- 前記距離関数は、aKLxKyLの単項式の和の形をとる、前記問い合わせ属性及び前記データインスタンス属性の要素における多項式である、請求項1に記載の方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記表現は前記対応するデータインスタンスを暗号化し、暗号化されたデータインスタンスを生成するために用いられる秘密鍵であり、前記方法は、
前記秘密鍵を用いて前記暗号化されたデータインスタンスを解読することを更に含む、方法。 - 問い合わせ属性を用いて、プライバシーを保護しながら、1組の暗号化されたデータインスタンスを問い合わせるための方法であって、前記1組の暗号化されたデータインスタンスは1組の暗号文に関連付けられ、暗号文は対応するデータインスタンスの表現と、前記対応するデータインスタンスから抽出されたデータインスタンス属性との暗号化された関数であり、前記問い合わせは前記問い合わせ属性及び前記データインスタンス属性の距離関数に基づき、前記方法は、
マスクされた問い合わせ属性を送信するのに応答して、乗法群の要素を含む予備解読鍵を受信することであって、前記要素の数及び前記要素の数学的な形は、前記距離関数の多項式構造及び前記マスクされた問い合わせ属性に対応する、受信することと、
前記予備解読鍵及び前記マスクされた問い合わせ属性に基づいて解読鍵を求めることと、
前記解読鍵を用いて、前記表現と、前記距離関数の結果がしきい値によって制約される値に対応するときに1になる式との積を求めることと、
前記表現を用いて前記対応するデータインスタンスにアクセスすることとを含み、前記方法のステップはプロセッサによって実行される、問い合わせ属性を用いて、プライバシーを保護しながら、1組の暗号化されたデータインスタンスを問い合わせるための方法。 - 前記所定の数字パターンに対して前記積を試験することであって、前記表現を生成する、試験することを更に含む、請求項12に記載の方法。
- 前記暗号文は前記表現と、合成位数の乗法巡回群への双線形写像との積を含む、請求項12に記載の方法。
- 前記暗号文は乗法群の要素を更に含み、前記要素の数及び前記要素の数学的な形は、距離関数の多項式構造に対応する、請求項14に記載の方法。
- 問い合わせ属性を用いて、プライバシーを保護しながら、1組の暗号化されたデータインスタンスを問い合わせるためのシステムであって、前記1組の暗号化されたデータインスタンスは1組の暗号文に関連付けられ、暗号文は対応するデータインスタンスの表現と、前記対応するデータインスタンスから抽出されたデータインスタンス属性との暗号化された関数であり、
前記問い合わせ属性及び前記データインスタンス属性の距離関数に基づいて前記1組の暗号文からの前記暗号文を解読し、前記表現を生成するためのプロセッサを備え、前記解読は、前記距離関数の結果がしきい値未満である場合に限り成功する、問い合わせ属性を用いて、プライバシーを保護することができるデータ問い合わせシステム。
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