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安全多方计算学习路线

陆叁 2021-09-18
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今天分享一篇小伙伴“六三”在知乎上的文章,他的专栏有很多同态加密、安全多方计算干货,欢迎去关注。链接地址:https://www.zhihu.com/people/an-quan-xiao-qi




零、写在前面

很多小伙伴尝试深入学习安全多方计算,但在读过一两篇文章之后就被劝退了。由于安全多方计算包含众多密码学原语,学习门槛较高,特给出学习路线,帮大家缕清学习思路。本篇文章不讲具体技术,只推荐学习方法。

很多小伙伴催SMPC的学习路线了,本来答应在周末找个时间写一下,担心周末再有事情,所以就提前了。

0.1 首先给出初学所使用的读本和综述文章;

0.2 然后给出深入学习需要精读的文章;

0.3 最后给出文章中提及的阅读材料下载链接,我会给大家打包好,给出统一下载链接。

当然,在文章叙述时,也会给出对应文章的链接,大家可根据自己的习惯来下载阅读。

一、初学

想要进入一个学科,那该学科的圣经读本是必不可少的,下面给出几部大而全的SMPC圣经读本:

  1. 《A Pragmatic Introduction to Secure Multi-Party Computation》- 本书是对安全多方计算领域的广泛介绍,涵盖了基本结构和许多最新的改进。本书强调的是协议背后的直觉和想法,而不是严格的证明。.

  2. 《Applications of Secure Multiparty Computation》- 收集了一些现实世界任务(如统计)的MPC协议。

  3. 《Efficient Secure Two-Party Protocols》- 全面研究安全两方计算的高效协议和技术,既包括可用于安全计算任何功能的一般结构,也包括感兴趣的具体问题的协议。

  4. 《Secure Multiparty Computation and Secret Sharing》- 全面处理多方计算(MPC)和秘密共享的无条件安全技术。

前两本是必读的。第一本是2018年,也是最新的相关书籍,对于初学者阅读难度较高。第二本是2015年的,阅读难度适中。因此,建议大家先读第二本,再读第一本。

对应下载链接:

  1. securecomputation.org/

  2. IOS Press Ebooks

除了以上书籍的阅读,建议大家还要读一些最新的综述文章:

  1. Secure Multiparty Computation (MPC)2020-Yehuda Lindell

对应下载链接:

  1. eprint.iacr.org/2020/30

通过以上阅读,大家应该能够对SMPC有一个初步的掌握,至少可以知道SMPC的定义、安全性假设、有哪些构造方法、对应使用的密码学原语有哪些等。掌握以上知识后,我们便可以进行深入学习了。

二、深入学习

通过以上书籍阅读,我们对SMPC的构造分类应该有所了解,大体分为以下流派:

  1. Yao's GC(混淆电路),即姚期智院士开创的基于混淆电路系列

  2. SPDZ(算数电路),即Ivan Damgard开创的基于秘密共享和有限同态加密系列

  3. GMW(布尔电路),boolean sharings的开创论文

  4. ABY(包含了算数、布尔和混淆电路的share转换),包含了ABY和ABY3

  5. MHE,基于FHE系列

对于GC系列建议阅读以下文章(文章名称后直接跟下载链接了,第一个是姚院士的开创之作,后面几篇是近些年的优化方案):

  1. Protocols for Secure Computations (Extended Abstract): crysp.uwaterloo.ca/cour

  2. Improved Garbled Circuit: Free XOR Gates and Applications:cs.toronto.edu/~vlad/pa

  3. FairplayMP – A System for Secure Multi-Party Computation:cs.huji.ac.il/~noam/Fai

  4. Two Halves Make a Whole Reducing Data Transfer in Garbled Circuits using Half Gates:eprint.iacr.org/2014/75

  5. Fast and Secure Three-party Computation: The Garbled Circuit Approach:static.googleusercontent.com

对于SPDZ系列建议阅读以下文章(本系列有太多的文章,暂时只推荐以下三篇吧,第一篇和第三篇重点阅读,尤其第三篇):

  1. Multiparty Computation from Somewhat Homomorphic Encryption:eprint.iacr.org/2011/53

  2. Practical Covertly Secure MPC for Dishonest Majority Or: Breaking the SPDZ Limits:eprint.iacr.org/2012/64

  3. SPDZ2k: Efficient MPC mod 2k for Dishonest Majority:eprint.iacr.org/2018/48

下面是GMW的文章和下载地址:

  1. How to play any mental game or a completeness theorem for protocols with honest majority :(PDF) How to play ANY mental game

对于ABY系列,当然就是以下两篇文章了:

  1. ABY – A Framework for Effificient Mixed-Protocol Secure Two-Party Computation:encrypto.de/papers/DSZ1

  2. ABY3 : A Mixed Protocol Framework for Machine Learning:eprint.iacr.org/2018/40

对于基于FHE系列,建议阅读以下文章:

  1. Threshold Cryptosystems From Threshold Fully Homomorphic Encryption:eprint.iacr.org/2017/95

  2. Multiparty Homomorphic Encryption: From Theory to Practice:eprint.iacr.org/2020/30

  3. Efficient Multi-Key Homomorphic Encryption with Packed Ciphertexts with Application to Oblivious Neural Network Inference :eprint.iacr.org/2019/52

其实读完以上文章,大家应该就要往SMPC的应用方面过度了,现今,SMPC的最火热应用当属隐私保护机器学习(PPML)了。对于PPML的学习路线我就不推荐了,大家可以直接去我“隐私计算”专栏中阅读学习。

三、写在最后

啰嗦一句,SMPC涵盖的密码学原语非常广泛,大家在阅读我推荐的以上资料时,一定记得同时学习相应的密码学原语,比如OT,同态承诺,同态加密,秘密共享,零知识证明等等。

下面给出大家一个总的下载链接,里面包含了一些上面没有提到的文章,有兴趣的话可以当做扩展读本:

SMPC 链接:pan.baidu.com/s/1TRNmX_

提取码:c81t


作者知乎号:六三,欢迎关注。


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