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Uploaded byMITSUNARI Shigeo
ブラウザで動く準同型暗号
emscripten & WebAssembly night !! #5 https://emsn.connpass.com/event/66304/
ブラウザで動く準同型暗号
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- 2. • サイボウズ・ラボで暗号とセキュリティ関係のR&D • バックアップシステムWalB（https://github.com/walb-linux） •@IT クラウド時代の暗号化技術論連載2015 • Microsoft MVP Developer Security 2015～ • 『パターン認識と機械学習の学習普及版』暗黒通信団 • よく使う言語はC++/x64アセンブラ • https://github.com/herumi/ • JavaScriptは素人… 自己紹介 2 / 13
- 3. • そもそも暗号化とは • 秘密の情報を他人に読めないようにすること •暗号文はホワイトノイズと区別できない 準同型暗号の前に 秘密の文章 3 / 13
- 4. • サーバから見るとディスクを食うだけのゴミデータ • クラウドのCPUパワーを使えない •安全性と利便性のジレンマ • クラウドに暗号化したまま処理させたい！ クラウドに暗号文をアップロードすると 4 / 13
- 5. • 暗号化したまま足し算や掛け算ができる暗号 • クラウドはカプセルの中を見ずに（復号せずに）計算 •今回は内積（𝑥1 𝑦1 + ⋯ + 𝑥 𝑛 𝑦𝑛）を計算できる暗号 準同型暗号（Homomorphic Encryption） +×1 3 42 × 14= 5 / 13
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- 7. • 統計データの計算 • データの平均、分散、相関 •個人情報を隠したまま喫煙者と肺癌患者の関係 • ビールを買う人とおつまみを買う人の相関 • 最小二乗法 • ベクトルのコサイン類似度 • ニューラルネットの畳み込み etc. 内積を計算できたら何がうれしい？ 名前 煙草 ビール あられ 肺癌 ?さん ? ? ? ? ?さん ? ? ? ? ?さん ? ? ? ? ?さん ? ? ? ? 喫煙 禁煙 合計 肺癌になる 72 42 114 ならない 28 58 86 合計 100 100 200 個人情報を 秘匿しつつ集計 7 / 13
- 8.
- 9. • https://github.com/herumi/mcl • 高速で汎用的なペアリング演算 •Windows/Linux/OS X • x86/x64/ARM/ARM64対応 準同型暗号ライブラリmcl ペアリング 楕円曲線 準同型暗号 有限体 多倍長演算 Xbyak ; x64 LLVM;ARM64 etc. GMP Vint ; WASM WASMのために今回追加 mclの階層構造 9 / 13
- 10. • 多倍長演算にどのバックエンドを使う？ • Xbyak（https://github.com/herumi/xbyak） •C++用x86/x64専用JITアセンブラ • Intelの機械学習・深層学習ライブラリのJIT部分で利用される • 最速だが（もちろん）今回は使えない • GMP（https://gmplib.org/） • GNUの広く使われている多倍長ライブラリ • アセンブリコード部分は使えない • Cのみでbuildしたが動かなかった（詳細未調査） mclをWASMに対応させるまで 10 / 13
- 11. • mclはLLVM IR（LLVMのアセンブリ言語）で 記述された多倍長演算ルーチンを持っている •（高速）Xbyak > LLVM > GMP > Vint（低速） • -march=wasm32で楽勝と思って始めた数カ月前 • llcのWASM出力は64 bitを越えるレジスタに対応してなかった • （注意）一昨日、最新版で試したら対応したっぽい？ • 仕方がない、WASMを手書きか？ LLVM Unsupported: %z = mul i128 %x, %y LLVM ERROR: Binary operator type not yet supported for integer types larger than 64 bits 11 / 13
- 12. • キャリー演算が無い • キャリー: 整数x, yを足したときに繰り上がりを示すフラグ • 無いと多倍長演算が辛い • 64bit x 64bit → 128bit整数演算命令が無い • 64bit x 64bit → （下位）64bitはあるが 乗算にかかるコストが全然違う • それなら手書きWASMでがんばらず、 C++で書いても速度はあまり変わらないのでは • Vint（簡易多倍長整数ライブラリ）を作成 WASMの不満点 12 / 13
- 13. • ペアリング演算（回数/sec）on Corei7-6700 3.4GHz • WASMはnative（0.3msec）の10倍程度の遅さ • それでも3msecなので実用できるかも • それよりメモリがネックか ベンチマーク WASM Vint wo/mul Vint w/mul Xbyak Xbyak Vint w/mul ; 64x64→128 mul Vint wo/mul ; 64x64→64 mul WASM ; Vint on Firefox fast 13 / 13