Luận án phát triển giao thức tính tổng bảo mật hiệu quả - Nghiên cứu của Vũ Duy Hiến

Phát triển giao thức tính tổng đa bên hiệu quả và bảo mật, ứng dụng trong hệ thống thông tin. Luận văn trình bày các giao thức tính toán và ứng dụng của chúng.

Tác giả

Luan An

Thể loại

Luận án tiến sĩ

Năm xuất bản

Số trang

152

Thời gian đọc

23 phút

Lượt xem

0

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

50 Point

Tổng quan nhanh

Chủ đề:
1. Tổng quan giao thức tính tổng bảo mật và nền tảng SMPC
Số trang:
152 trang
Trường:
Học viện Khoa học và Công nghệ
Chuyên ngành:
Hệ thống thông tin
Tác giả:
Năm:

Tóm tắt nội dung luận án

I. Tổng quan giao thức tính tổng bảo mật và nền tảng SMPC

Tính toán đa bên an toàn (secure multi-party computation - SMPC) là nhánh quan trọng của mật mã học hiện đại. Kỹ thuật này cho phép nhiều bên tham gia tính toán một hàm chung trên dữ liệu đầu vào riêng tư. Kết quả đầu ra là thông tin duy nhất được tiết lộ. Không có bất kỳ bên nào bị lộ dữ liệu nhạy cảm ban đầu. Bài toán tính tổng bảo mật đóng vai trò nền móng trong hệ thống SMPC. Mô hình tính tổng dữ liệu phân tán xuất hiện trong nhiều hệ thống thông tin thực tế. Hệ thống tài chính, y tế và phân tích hành vi người dùng thường xuyên cần tổng hợp thông tin. Mục tiêu chính là bảo vệ tuyệt đối tính bí mật của các giá trị thành phần. Giao thức cần đảm bảo tính chính xác và hiệu năng tính toán cao. Khả năng chống lại các cuộc tấn công thông đồng giữa các nút độc hại là yếu tố then chốt. Quá trình phát triển các thuật toán mới giúp giảm thiểu chi phí truyền thông và tăng tốc độ xử lý dữ liệu quy mô lớn.

1.1. Bản chất của tính toán đa bên an toàn và bài toán tổng

Tính toán đa bên an toàn đảm bảo tính độc lập và bảo mật của dữ liệu phân tán. Mỗi bên sở hữu một giá trị số học riêng biệt. Bài toán tính tổng bảo mật yêu cầu xác định chính xác tổng của tất cả các giá trị đầu vào. Quá trình này không được tiết lộ từng giá trị riêng lẻ cho bất kỳ thực thể nào. Mô hình bảo mật bao gồm các bên tham gia trung thực nhưng tò mò hoặc các bên độc hại chủ động. Các bên độc hại có thể thông đồng nhằm khôi phục thông tin của người tham gia hợp pháp. Giao thức bảo mật mạnh mẽ phải ngăn chặn hoàn toàn nguy cơ rò rỉ dữ liệu qua các bước trung gian. Độ phức tạp tính toán và dung lượng đường truyền là hai tiêu chí đánh giá hiệu năng cốt lõi. Việc chuẩn hóa mô hình tính tổng mở đường cho các ứng dụng phân tích dữ liệu phân tán an toàn và bảo mật cao trong môi trường không tin cậy.

1.2. Các kỹ thuật mã hóa đồng cấu và chia sẻ bí mật Shamir

Mã hóa đồng cấu (homomorphic encryption) là công cụ toán học nền tảng cho xử lý dữ liệu ẩn danh. Kỹ thuật này cho phép thực hiện phép cộng trực tiếp trên các bản mã mà không cần giải mã dữ liệu thô. Kết quả sau khi giải mã tương đương với phép cộng trên bản rõ ban đầu. Bên cạnh đó, phương pháp chia sẻ bí mật Shamir phân tách dữ liệu thành nhiều mảnh nhỏ. Dữ liệu chỉ có thể khôi phục khi đủ số lượng mảnh theo ngưỡng định trước. Kỹ thuật chia sẻ bí mật tạo nền tảng vững chắc cho các giao thức tính tổng bảo mật không phụ thuộc vào máy chủ trung tâm. Tuy nhiên, mã hóa đồng cấu toàn phần thường gây tiêu hao tài nguyên tính toán lớn. Do đó, việc áp dụng mã hóa đồng cấu cộng hoặc hệ thống mật mã tối ưu là hướng tiếp cận thực tiễn hơn. Sự phối hợp linh hoạt giữa các kỹ thuật mật mã giúp nâng cao tốc độ xử lý và duy trì tính toàn vẹn dữ liệu.

II. Giao thức tính tổng bảo mật không cần kênh xác thực trước

Các giao thức truyền thống thường yêu cầu thiết lập kênh truyền bảo mật hoặc xác thực từ trước. Điều này làm tăng độ trễ và chi phí triển khai hệ thống phân tán. Việc loại bỏ yêu cầu thiết lập trước kênh truyền an toàn giúp hệ thống vận hành linh hoạt hơn. Mô hình mới cho phép các nút mạng tham gia tính toán ngay lập tức mà không cần trao đổi khóa phức tạp từ đầu. Giao thức tính tổng bảo mật thế hệ mới sử dụng cấu trúc liên lạc tối ưu nhằm giảm số vòng tương tác. Cơ chế này đặc biệt hiệu quả trong mạng phân tán không đồng nhất hoặc mạng không dây. Dữ liệu truyền tải được che giấu thông qua các giá trị ngẫu nhiên có tính chất bù trừ. Tổng tích lũy được bảo toàn trong khi mọi thành phần trung gian đều vô nghĩa đối với kẻ nghe lén. Giải pháp mới khắc phục triệt để các rào cản về hạ tầng viễn thông phức tạp.

2.1. Hạn chế của các mô hình bảo mật truyền thống đa bên

Nhiều giao thức SMPC cổ điển phụ thuộc nặng nề vào các giả định lý thuyết khắt khe. Việc yêu cầu kênh truyền an toàn cặp đôi làm gia tăng số lượng kết nối theo hàm bậc hai của số nút. Khi số lượng bên tham gia tăng lên, chi phí băng thông trở thành nút thắt cổ chai nghiêm trọng. Một số giải pháp đòi hỏi máy chủ trung tâm tin cậy để điều phối. Máy chủ trung tâm trở thành điểm lỗi đơn lẻ và là mục tiêu tấn công hấp dẫn. Nếu máy chủ bị xâm nhập, quyền riêng tư của toàn bộ hệ thống bị đe dọa. Ngoài ra, độ trễ mạng trong môi trường Internet thực tế làm giảm tính khả thi của các thuật toán nhiều vòng trao đổi. Việc cải tiến giao thức để hoạt động trong mô hình dữ liệu phân tán đầy đủ là yêu cầu cấp thiết. Hướng phát triển mới tập trung vào việc giảm thiểu tương tác trực tiếp giữa các bên tham gia.

2.2. Giao thức tính tổng dựa trên mật mã đường cong Elliptic

Mật mã đường cong Elliptic cung cấp mức độ an toàn cao với kích thước khóa nhỏ gọn. Giao thức tính tần suất bảo toàn quyền riêng tư dựa trên hệ mật ElGamal đường cong Elliptic tối ưu hóa dung lượng bản mã. Các phép tính nhân điểm trên đường cong Elliptic diễn ra nhanh chóng và tiết kiệm năng lượng. Giao thức tính tổng bảo mật áp dụng cấu trúc này giúp giảm thiểu đáng kể chi phí xử lý trên các thiết bị hạn chế tài nguyên. Kỹ thuật tự khử giá trị che giấu (masking values) bảo vệ dữ liệu cục bộ an toàn trước các cuộc tấn công thông đồng. Khi tất cả các bản mã được cộng lại, các phần tử ngẫu nhiên tự động triệt tiêu lẫn nhau. Kết quả cuối cùng là tổng chính xác của các giá trị đầu vào. Phương pháp này đảm bảo tính bí mật tuyệt đối và phù hợp triển khai trên các thiết bị di động hiện đại.

III. Ứng dụng secure aggregation protocol trong học liên kết

Học liên kết (federated learning) là mô hình đào tạo trí tuệ nhân tạo phân tán tiên tiến. Thay vì thu thập dữ liệu về máy chủ trung tâm, các thiết bị cục bộ chỉ gửi bản cập nhật mô hình hoặc trọng số. Tuy nhiên, việc chia sẻ trọng số thô vẫn có thể làm lộ thông tin nhạy cảm qua các kỹ thuật suy luận ngược. Giao thức tổng hợp an toàn (secure aggregation protocol) đóng vai trò then chốt trong việc khắc phục điểm yếu này. Secure aggregation protocol đảm bảo máy chủ trung tâm chỉ nhận được tổng cập nhật của toàn mạng. Máy chủ không thể giải mã các tham số từ từng thiết bị riêng lẻ. Sự kết hợp giữa SMPC và federated learning tạo ra khung làm việc huấn luyện mô hình mạnh mẽ và bảo mật. Cơ chế này cho phép các tổ chức hợp tác phân tích dữ liệu mà không vi phạm quy định về bảo vệ quyền riêng tư cá nhân.

3.1. Bảo vệ quyền riêng tư dữ liệu huấn luyện học liên kết

Dữ liệu huấn luyện trong lĩnh vực ngân hàng và y tế chứa nhiều bí mật cá nhân và tổ chức. Các cuộc tấn công đảo ngược mô hình có thể tái tạo dữ liệu gốc từ gradient cập nhật. Áp dụng secure aggregation protocol ngăn chặn triệt để nguy cơ đánh cắp thông tin nhạy cảm. Giao thức tính tổng bảo mật phân tán phân chia các gradient thành nhiều phần ngẫu nhiên. Chỉ có kết quả tổng hợp toàn cầu được khôi phục sau mỗi vòng lặp huấn luyện. Ngay cả khi một số nút mạng bị kiểm soát, kẻ tấn công vẫn không thể thu được thông tin của các nút còn lại. Khả năng chống chịu lỗi ngắt kết nối (dropout) của các thiết bị di động cũng được tích hợp vào thiết kế giao thức. Nhờ đó, quá trình học liên kết diễn ra liên tục, ổn định và bảo mật trong môi trường mạng không ổn định.

3.2. Thuật toán phân lớp Naive Bayes bảo toàn quyền riêng tư

Phân lớp Naive Bayes bảo toàn quyền riêng tư (PPNBC) là ứng dụng tiêu biểu trong kịch bản dữ liệu phân vùng ngang. Các đơn vị khác nhau nắm giữ tập dữ liệu khách hàng có cùng thuộc tính nhưng khác đối tượng. Giao thức tính tổng bảo mật cho phép tính toán tần suất xuất hiện của các thuộc tính và nhãn phân lớp một cách an toàn. Các bên phối hợp xác định xác suất tiên nghiệm và xác suất có điều kiện mà không cần chia sẻ dữ liệu gốc. Thuật toán PPNBC mới loại bỏ sự phụ thuộc vào bên thứ ba đáng tin cậy. Kết quả phân lớp đạt độ chính xác tương đương với mô hình tập trung truyền thống. Chi phí tính toán và truyền thông được tối ưu hóa ở mức tuyến tính theo số lượng thuộc tính. Đây là giải pháp thực tiễn cho việc khai phá dữ liệu và phân tích dự báo liên cơ quan.

IV. Giải pháp bỏ phiếu điện tử an toàn dựa trên kỹ thuật SMPC

Bỏ phiếu điện tử đòi hỏi độ tin cậy và mức độ an toàn thông tin nghiêm ngặt nhất. Hệ thống phải bảo đảm tính ẩn danh của cử tri và tính toàn vẹn của kết quả bỏ phiếu. Không ai được phép biết lựa chọn của một cá nhân cụ thể. Đồng thời, mọi cử tri đều có thể kiểm tra tính chính xác của quá trình kiểm phiếu. Kỹ thuật SMPC và giao thức tính tổng bảo mật cung cấp giải pháp lý tưởng cho bài toán này. Mỗi lá phiếu được mã hóa dưới dạng vector nhị phân hoặc giá trị số học. Tổng số phiếu bầu cho từng ứng viên được tính toán trực tiếp từ các bản mã. Giao thức loại bỏ hoàn toàn khả năng can thiệp hoặc gian lận từ phía quản trị viên hệ thống. Phương án này bảo đảm tính minh bạch đầu cuối cho các cuộc bầu cử quy mô lớn.

4.1. Kiến trúc hệ thống bỏ phiếu điện tử đầu cuối an toàn

Kiến trúc bỏ phiếu điện tử đầu cuối (End-to-End - E2E) mới không cần thiết lập trước kênh xác thực bí mật giữa các cử tri. Mỗi cử tri tự tạo khóa công khai và mã hóa phiếu bầu độc lập. Các phiếu bầu mã hóa được công khai trên bảng tin chung để mọi người cùng giám sát. Quá trình kiểm phiếu sử dụng giao thức tính tổng bảo mật đa bên nhằm cộng dồn tất cả các phiếu hợp lệ. Bằng chứng không tiết lộ tri thức (zero-knowledge proof) được áp dụng để xác minh tính hợp lệ của từng lá phiếu. Cử tri có thể tự kiểm tra lá phiếu của mình đã được tính vào kết quả chung hay chưa. Hệ thống ngăn chặn hoàn toàn hành vi ép buộc hoặc mua bán phiếu bầu. Kiến trúc này mang lại độ tin cậy tối đa cho các hệ thống dân chủ số hiện đại.

4.2. Tối ưu hóa hiệu năng tính toán và truyền thông thực tế

Hiệu năng vận hành là yếu tố quyết định tính khả thi của hệ thống bỏ phiếu điện tử diện rộng. Các giao thức cải tiến giảm số phép tính toán số học phức tạp trên mỗi thiết bị đầu cuối. Dung lượng bản tin trao đổi qua mạng giảm thiểu đáng kể so với các mô hình bỏ phiếu dựa trên mã hóa đồng cấu hoàn phần. Thời gian kiểm phiếu được rút ngắn từ nhiều giờ xuống vài phút đối với hàng triệu cử tri. Thử nghiệm thực nghiệm chứng minh giao thức duy trì tính ổn định cao ngay cả trong điều kiện mạng nghẽn. Độ phức tạp truyền thông tuyến tính giúp hệ thống mở rộng linh hoạt theo số lượng người tham gia. Sự cân bằng hoàn hảo giữa tính bảo mật toán học và tốc độ xử lý tạo điều kiện ứng dụng thực tế rộng rãi.

V. Tiềm năng phát triển giao thức tính tổng bảo mật tương lai

Nhu cầu bảo vệ dữ liệu số đang gia tăng mạnh mẽ trên toàn cầu. Các khung pháp lý nghiêm ngặt đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật bảo vệ quyền riêng tư hiệu quả hơn. Giao thức tính tổng bảo mật sẽ tiếp tục giữ vai trò xương sống trong hệ sinh thái tính toán bảo vệ quyền riêng tư. Việc tích hợp SMPC với công nghệ chuỗi khối (blockchain) và điện toán đám mây mở ra nhiều tiềm năng mới. Các hệ thống phân tán trong tương lai sẽ hướng tới khả năng tự động hóa và bảo mật mặc định. Các mô hình tính toán an toàn không chỉ xử lý phép tính tổng mà còn mở rộng sang các phép toán phức tạp khác. Nghiên cứu phát triển giao thức hiệu năng cao là chìa khóa mở đường cho kỷ nguyên dữ liệu lớn và trí tuệ nhân tạo bền vững.

5.1. Thách thức mở rộng hệ thống dữ liệu phân tán quy mô lớn

Mở rộng hệ thống tính toán đa bên an toàn lên hàng triệu nút mạng đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật lớn. Sự không đồng nhất về phần cứng và tốc độ kết nối giữa các thiết bị gây ra hiện tượng nghẽn cổ chai. Việc xử lý các nút mạng bị gián đoạn đột ngột đòi hỏi cơ chế khôi phục linh hoạt mà không làm rò rỉ dữ liệu. Ngoài ra, chi phí lưu trữ và xác thực phân tán cần được tinh giản tối đa. Các nghiên cứu tiếp theo tập trung vào việc kết hợp chia sẻ bí mật Shamir với cấu trúc cây phân cấp. Cấu trúc phân cấp giúp giảm độ trễ trao đổi thông tin giữa các cụm mạng. Đồng thời, kỹ thuật nén bản mã đồng cấu hỗ trợ truyền tải dữ liệu dung lượng thấp qua mạng không dây băng thông hẹp.

5.2. Xu hướng kết hợp mật mã lượng tử và học máy bảo mật cao

Sự trỗi dậy của máy tính lượng tử đe dọa các hệ mật truyền thống dựa trên bài toán logarit rời rạc và phân tích thừa số nguyên tố. Do đó, việc chuyển đổi các giao thức SMPC sang nền tảng mật mã hậu lượng tử (post-quantum cryptography) là xu thế tất yếu. Các bài toán dựa trên mạng tinh thể (lattice-based cryptography) và học có lỗi (LWE) hứa hẹn cung cấp độ an toàn dài hạn. Khi kết hợp với federated learning, mật mã hậu lượng tử tạo nên lá chắn vững chắc cho các hệ thống trí tuệ nhân tạo nhạy cảm. Các thuật toán học máy bảo toàn quyền riêng tư sẽ hoạt động an toàn trước cả các siêu máy tính tương lai. Đây là bước tiến quan trọng đảm bảo an ninh thông tin cho nền kinh tế số toàn cầu.

Mục lục chi tiết luận án

INTRODUCTION
1. OVERVIEW OF SECURE MULTI-PARTY SUM COMPUTATION
1.1. Background of secure multi-party computation
1.1.1. Definition of security
1.1.2. Secure multi-party sum computation problem
2. PROPOSING EFFICIENT SECURE MULTI-PARTY SUM COMPUTATION PROTOCOLS
2.1. Analysis of typical secure multi-party sum computation protocols
2.1.1. Simple secure multi-party sum computation protocol
2.1.2. Secure multi-party sum computation protocol of Urabe et al.
2.1.3. Secure multi-party sum computation protocol of Hao et al., 2010 in an electronic voting system
2.1.4. Privacy-preserving frequency computation protocol of Yang et al.
2.2. Proposed secure multi-party sum computation protocols
2.2.1. Privacy-preserving frequency computation protocol based on elliptic curve ElGamal cryptosystem
2.2.2. An efficient approach for secure multi-party sum computation without pre-establishing secure/authenticated channels
2.2.3. Secure multi-sum computation protocol
3. DEVELOPING NEW SOLUTIONS BASED ON SECURE MULTI-PARTY SUM COMPUTATION PROTOCOLS FOR PRACTICAL PROBLEMS
3.1. An efficient solution for the secure electronic voting scheme without pre-establishing authenticated channel
3.1.1. A secure end-to-end electronic voting scheme
3.2. An efficient and practical solution for privacy-preserving Naive Bayes classification in the horizontal data setting
3.2.1. New privacy-preserving Naive Bayes classifier for the horizontal partition data setting
LIST OF ABBREVIATIONS
LIST OF TABLES
LIST OF FIGURES
Xem trước tài liệu
Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Developing efficient and secure multi party sum computation protocols and their applications dissertation on information system

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (152 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

MINISTRY OF EDUCATION VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TRAINING AND TECHNOLOGY GRADUATE UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Vu Duy Hien DEVELOPING EFFICIENT AND SECURE MULTI-PARTY SUM COMPUTATION PROTOCOLS AND THEIR APPLICATIONS DISSERTATION ON INFORMATION SYSTEM Hanoi – 2024 BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Vũ Duy Hiến NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MỘT SỐ GIAO THỨC TÍNH TỔNG BẢO MẬT HIỆU QUẢ TRONG MÔ HÌNH DỮ LIỆU PHÂN TÁN ĐẦY ĐỦ VÀ ỨNG DỤNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH HỆ THỐNG THÔNG TIN Hà Nội – 2024 BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Vũ Duy Hiến NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MỘT SỐ GIAO THỨC TÍNH TỔNG BẢO MẬT HIỆU QUẢ TRONG MÔ HÌNH DỮ LIỆU PHÂN TÁN ĐẦY ĐỦ VÀ ỨNG DỤNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH HỆ THỐNG THÔNG TIN Mã số: 9 48 01 04 Xác nhận của Học viện Người hướng dẫn 1 Người hướng dẫn 2 Khoa học và Công nghệ (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) GS. Hồ Tú Bảo PGS. Lương Thế Dũng Hà Nội - 2024 i PLEDGE I promise that the thesis: ”Developing efficient and secure multi-party sum computation protocols and their applications” is my original research work under the guidance of the academic supervisors. All contents of the thesis were written based on papers and articles published in distinguished international conferences and journals published by the reputed publishers.

The source of the references in this thesis are explitly cited. My research results were published jointly with other authors and were agreed upon by the co-authors when included in the thesis. New results and discussions presented in the thesis are perfectly honest and they have not yet published by any other authors beyond my publications. This thesis has been finished during the time I work as a PhD student at Graduate University of Science and Technology, Vietnam Academy of Science and Technology.

Hanoi, 2024 PhD student Vu Duy Hien ii ACKNOWLEDGEMENTS Scientific research is an interesting journey where the thesis is one of the first results that researchers have reached. On that journey, I have met many kind people who have supported for me to finish this thesis. First of all, I would like to thank my great supervisors Prof. Ho Tu Bao and Assoc.

Luong The Dung who have provided valuable advice to me. Without their support and guidance, I would not able to complete my thesis. I have learned a lot of things from my supervisors. I am thankful to Graduate University of Science and Technology, colleagues at Banking Academy of Vietnam, friends, and collaborators who always encour- age me along my research journey.

I also thank the CAMEL cafe (No.104/1 Viet Hung street, Long Bien dis- trict, Ha Noi) where my publications and thesis had been born in. Finally, I want to send the most special thank to my big family, my wife, and our children who always have my back. Hanoi, 2024 PhD student Vu Duy Hien iii CONTENTS INTRODUCTION. 1 1 OVERVIEW OF SECURE MULTI-PARTY SUM COMPUTATION 7 1.1 Background of secure multi-party computation .3 Definition of security .2 Secure multi-party sum computation problem.

35 2 PROPOSING EFFICIENT SECURE MULTI-PARTY SUM COMPUTA- TION PROTOCOLS 36 2.1 Analysis of typical secure multi-party sum computation protocols .1 Simple secure multi-party sum computation protocol .2 Secure multi-party sum computation protocol of Urabe et al.3 Secure multi-party sum computation protocol of Hao et al., 2010 in an electronic voting system .4 Privacy-preserving frequency computation protocol of Yang et al.2 Proposed secure multi-party sum computation protocols .1 Privacy-preserving frequency computation protocol based on elliptic curve ElGamal cryptosystem .2 An efficient approach for secure multi-party sum computation without pre-establishing secure/authenticated channels .3 Secure multi-sum computation protocol. 91 3 DEVELOPING NEW SOLUTIONS BASED ON SECURE MULTI-PARTY SUM COMPUTATION PROTOCOLS FOR PRACTICAL PROBLEMS 93 3.1 An efficient solution for the secure electronic voting scheme without pre-establishing authenticated channel .4 A secure end-to-end electronic voting scheme .2 An efficient and practical solution for privacy-preserving Naive Bayes classification in the horizontal data setting .4 New privacy-preserving Naive Bayes classifier for the hori- zontal partition data setting. 140 v LIST OF ABBREVIATIONS BoW. Bag-of-Words CDH.

Computational Diffie-Hellman DDH. Decisional Diffie-Hellman DD-PKE. Public-key encryption with a double-decryption algorithm DNA. Deoxyribonucleic acid DRE.

Direct-recording electronic DSS. Digital signature standard E2E. End-to-end LWE. Learn with error NSC.

National university of Singapore short text messages corpus PPFC. Privacy-preserving frequency computation PPML. Privacy-preserving machine learning PPNBC. Privacy-preserving Naive Bayes classification PSI.

Private set intersection RAM. Random Access Machines SMC. Secure multi-party computation SMS. Secure multi-party sum SSC.

Secure sum computation TF-IDF. Term frequency – inverse document frequency UK. United Kingdom ZKP. Zero knowledge proof vi LIST OF TABLES 2.1 The brief comparisons of the computational complexity among three typical SMS protocols .2 The computational complexity comparisons among the proposed pro- tocol and the typical protocols.3 The communication cost comparisons among the typical PPFC protocols.4 The stored data volume of the miner comparisons among the typical PPFC protocols (in megabytes).5 The comparisons of each user’s computational complexity among the proposed protocol and the typical protocols.6 The miner’s computational complexity comparisons among the pro- posed protocol and the typical protocols.7 The comparisons of each user’s communication cost among the pro- posed protocol and the typical protocols.8 The comparisons of the miner’s communication cost among the pro- posed protocol and the typical protocols.9 The stored data volume of the miner comparisons among the pro- posed protocol and the typical protocols (in megabytes).10 The computational complexity comparisons among the new proposal and the typical solutions.11 The communication cost comparison among the new proposal and the typical solutions.12 The running time for the miner to compute the sum values compar- isons among the compared solutions (in seconds).13 The stored data volume of the miner comparisons among the com- pared solutions (in megabytes).1 Spam short-messages dataset information .2 The running time comparisons among the new proposal and the typi- cal PPNBC solutions on the real dataset (in seconds).

119 viii LIST OF FIGURES 1.1 The distributed computing model in a secure manner .2 An example of the authentication method without knowing user’s password .3 An example of monitoring user’s passwords .4 An example of the DNA pattern-matching problem .5 The secure electronic sealed-bid auction model .6 The real and ideal models in distributed computing field .7 The computational model of the secure multi-party sum computation problem .8 The single-candidate end to end decentralized e-voting model .9 An example of the privacy-preserving frequent itemset mining problem 23 2.1 The computational model of the simple secure multi-party sum com- putation protocol .2 The running time of each user comparisons among the typical PPFC protocols.3 The time for the miner/the server computing the public keys compar- isons among the typical PPFC protocols.4 The time for the miner/the server computing the frequency value com- parisons among the typical PPFC protocols.5 The running time of each user comparisons among the proposed pro- tocol and the typical protocols.6 The time of the pre-computation phase comparisons among the pro- posed protocol and the typical protocols.7 The time of the user authentication phase comparisons among the proposed protocol and the typical protocols.8 The time of the secure n-parties sum phase comparisons among the proposed protocol and the typical protocols.9 The number of private keys comparisons among the compared solutions.10 The total running time of each user comparisons among the compared solutions.11 The running time for the miner to compute the public keys compar- isons among the compared solutions.1 The single-candidate E2E decentralized electronic voting model.2 The total running time of each voter comparisons between the new solution and Hao’s scheme.3 The voting server’s total running time comparisons between the new solution and Hao’s scheme.4 The horizontally distributed computing model.5 An example of data transformation. Motivation Nowadays, the development of information technology and communication, especially the birth of web applications or information systems has created a large amount of data owned by organizations or individuals. This has spurred the devel- opment of the distributed computing field where the data owners perform together computational tasks based on their cooperative data [1, 2]. Basically, the distributed computing field has brought a lot of substantial benefits to organizations and individ- uals, such asreducing significantly costs, understanding comprehensively customers, and making good business decisions.

However, in fact, because of privacy policy or business secrets, participants of distributed computing systems often wish to ob- tain cooperative tasks’ correct output without revealing their input data. For instance, some banks cooperate together to improve machine learning-based credit scoring tool using their customers’ data, but they are not ready to share their customers’ data for anyone. Similarly, although there are some hospitals who want to jointly develop dis- ease diagnosis methods based on a large united database, however they do not want to provide their patients’ data to others. These challenges had motivated the birth of SECURE MULTI-PARTY COMPUTATION area (SMC, for short) that has been considered as a subfield of modern cryptography.

In essence, Secure Multi-party Computation refers distributed computing methods in security concerns [1, 3]. Particularly, in a secure multi-party computation model, there are several parties, in which each participant owns a private input. These participants wish to obtain the result of the specific function f over all private inputs while each party reveals nothing about his/her input but the output result. Unlike traditional cryptography field, the adversary of SMC problems in general and the SMS problem in particular can be inside the system of participants.

The attacks of the ad- versary may be to learn the honest participants’ private input or to cause the outputs to be incorrect [1]. As a result, the ”secure” term here means: (1) the output’s cor- 2 rectness is guaranteed, and (2) each party’s input is privately kept by himself/herself. Nowadays, SMC has become an interesting topic that has attracted more and more attention from research community. A variety of SMC problems have been for- mulated and their solutions have been proposed into SMC protocols, such as secure comparison protocols [4,5], secure multi-party sum computation protocols [6–8], and secure dot product protocols [6,9–11].

Furthermore, such SMC protocols have been ap- plied to various practical problems, such as secure online auction [14], secure e-voting systems [12,13], privacy-preserving queries system [15], privacy-preserving financial data analytic [16], privacy-preserving online advertising [17], and privacy-preserving machine learning/data mining [18–20]. This thesis has investigated one of the most important and popular SMC prob- lems [6] that is the secure multi-party sum computation one (SMS, for short). In the SMS problem, it is assumed that where there are some parties, in which each party owns a private value as his/her input, and the parties wish to obtain the sum of all inputs but they reveal nothing about their inputs beyond the sum value. Similarly to SMC problems in general, the birth of SMS one has been based on the security requirements of specific distributed computing problems.

Currently, a lot of proto- cols have been propounded for the SMS problem, and they have a wide applicability in various practical computing tasks, such as privacy-preserving recommendation sys- tem [21], privacy-preserving multi-party data analytics [22], secure electronic voting system [12, 13], privacy-preserving association rule mining [6, 7], privacy-preserving classification [23], secure data collection for the smart grid [24], and secure auc- tion [25, 26]. For SMC problems in general, and SMS one in particular, the protocols must be secure (mainly including the preservation of the privacy of the participants’ local inputs and the correctness of the honest parties’ outputs [3]) enough to prevent the adversary’s harmful behaviors. Besides, SMS protocols should be good performance (i.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Trích dẫn luận án này

Vũ Duy Hiến (2024). Phát triển giao thức tính tổng bảo mật hiệu quả [Luận án tiến sĩ, Học viện Khoa học và Công nghệ]. LuanAn.net. https://luanan.net/cong-nghe-thong-tin/phat-trien-giao-thuc-tinh-tong-bao-mat-hieu-qua

Câu hỏi thường gặp

Luận án "Phát triển giao thức tính tổng bảo mật hiệu quả" nghiên cứu về vấn đề gì?

Phát triển giao thức tính tổng đa bên hiệu quả và bảo mật, ứng dụng trong hệ thống thông tin. Luận văn trình bày các giao thức tính toán và ứng dụng của chúng.

Luận án "Phát triển giao thức tính tổng bảo mật hiệu quả" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại Học viện Khoa học và Công nghệ. Năm bảo vệ: 2024.

Luận án "Phát triển giao thức tính tổng bảo mật hiệu quả" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Phát triển giao thức tính tổng bảo mật hiệu quả" thuộc chuyên ngành Hệ thống thông tin. Danh mục: Công Nghệ Thông Tin.

Luận án "Phát triển giao thức tính tổng bảo mật hiệu quả" có bao nhiêu trang?

Luận án "Phát triển giao thức tính tổng bảo mật hiệu quả" có 152 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Phát triển giao thức tính tổng bảo mật hiệu quả" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter