emscripten & WebAssembly night !! #5 https://emsn.connpass.com/event/66304/

1. ブラウザで動く準同型暗号
2017/10/18
emscripten night#5
光成滋生（@herumi）

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
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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
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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
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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=
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6. • 『クラウドを支えるこれからの暗号技術』を見てね
そんなことできるの？と思ったら
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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
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8. 暗号化したまま内積を求めるデモ
https://herumi.github.io/mcl/demo/she2.html
（https://herumi.github.io/mcl/demo/she-ja.html 日本語版）

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
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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
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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
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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
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13. • ペアリング演算（回数/sec）on Core i7-6700 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
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