Кіріспе

Криптографиялық протоколдың түрі
Криптографияда, ұмытылмас беру (OT) протоколы – жіберушінің алушыға мүмкін болатын көптеген ақпараттардың бірін жіберуімен, бірақ қандай бөлік (болған жағдайда) жіберілгені туралы хабарсыз қалатын протоколдың түрі. Ұмытылмас берудің алғашқы нысаны 1981 жылы Майкл О. Рабин енгізген. Бұл нысанда жіберуші алушыға 1/2 ықтималдығымен хабарлама жібереді, ал жіберуші алушының хабарлама алғанына немесе алмағанына бейжай болады. Рабиннің ұмытылмас беру схемасы RSA криптожүйесіне негізделген. Кейін Шимон Эвен, Одед Голдрайх және Абрахам Лемпель қауіпсіз көп тарапты есептеу үшін протоколдар құру мақсатында "1-ден 2" ұмытылмас беруі немесе "2-ден 1 ұмытылмас беруі" деп аталатын ұмытылмас берудің тиімді түрін жасады. Бұл "1-ден n" ұмытылмас беруіне дейін жалпыландырылды, онда пайдаланушы сервер қай элемент сұралғанын білмей, ал пайдаланушы алынбаған басқа элементтер туралы ештеңе білмей, деректер базасының тек бір ғана элементін алады. Ұмытылмас берудің соңғы түсінігі – жеке ақпаратты іздестіруді күшейту болып табылады, онда деректер базасы жеке сақталмайды. Клод Крепо Рабиннің ұмытылмас беруінің "1-ден 2" ұмытылмас беруіне тең екенін көрсетті. Келесі зерттеулер ұмытылмас берудің криптографиядағы негізгі және маңызды мәселе екенін көрсетті. Ол осы саланың маңызды мәселелерінің бірі болып саналады, себебі оған негізделген қосымшалардың маңыздылығы зор. Атап айтқанда, ол көп тарапты қауіпсіз есептеу үшін толық: яғни, ұмытылмас беруді іске асыру арқылы кез келген полиномиалды уақытта есептелетін функцияны қосымша примитивтерсіз қауіпсіз бағалауға болады.

Рабиннің беймәлім көшіру протоколы

Рабиннің ұмытшақ беру протоколында жіберуші RSA-ның N=pq жалпы модулін жасайды, мұнда p және q үлкен жай сандар, ал e экспонентасы λ(N) = (p − 1)(q − 1) санымен өзара жай. Жіберуші m хабарламасын me mod N түрінде шифрлайды. Жіберуші N, e және me mod N-ді алушыға жібереді. Алушы N модулі бойынша кездейсоқ x санын таңдап, x² mod N-ді жіберушіге жібереді. gcd(x,N) = 1 екеніне назар аударыңыз, бұл x² mod N-нің 4 квадрат түбірі бар екенін қамтамасыз етеді. Жіберуші x² mod N-нің квадрат түбірін y тауып, алушыға жібереді. Егер алушы y-ді x немесе −x модулі N бойынша тең емес деп тапса, алушы N-ді көбейткіштерге жіктеуге және осылайша m-ді қалпына келтіру үшін me-ді дешифрлеуге мүмкіндік алады (толықрақ мәліметтер үшін Рабин шифрлауына қараңыз). Дегенмен, егер y, x немесе −x mod N-ге тең болса, алушы m туралы шифрлаудан басқа ешқандай ақпарат алмайды. N модулі бойынша әрбір квадраттық қалдық төрт квадрат түбірге ие болғандықтан, алушының m-ді білу ықтималдығы 1/2-ге тең.

12 беймәлім беру

1–2 беймәлім беру протоколында, Alice жіберушіде екі хабар бар: m0 және m1. Ол қабылдаушы тек біреуін ғана білсін деп қамтамасыз етуді қалайды. Боб, қабылдағыш, b битіне ие және Алиса b-ні білмей MB-ні алуды қалайды. Even, Goldreich және Lempel протоколы (авторлар оны ішінара Сильвио Микалиге жатқызады) жалпы, бірақ RSA шифрлауын келесідей пайдалану арқылы жүзеге асыруға болады. Alice Боб Есептеулер Жасырын Ашық Жасырын Есептеулер Жіберілетін хабарламалар RSA кілт жұбын жасап, ашық бөлігін Бобқа жібереді. Ашық кілтті қабылдайды. Екі кездейсоқ хабарлама жасайды. Кездейсоқ хабарламаны қабылдайды. Таңдайды және кездейсоқ мән жасайды. Шифрлауды есептейді, соқырландырып, Алисаға жібереді. Бұлардың бірі тең болады, бірақ Алиса қайсысы екенін білмейді. Екі хабарламаны да Бобқа жібереді. Екі хабарламаны да қабылдайды. Боб өзі таңдаған кілтті білгендіктен, шифрды шешеді. Алисаның екі хабарламасы бар және олардың біреуін Бобқа жібергісі келеді. Боб Алисаның қайсысын алғанын білгісі келмейді. Алиса RSA кілттерінің жұбын жасайды, олар модульді, ашық көрсеткішті және жеке көрсеткішті қамтиды. Ол сондай-ақ екі кездейсоқ мәнді жасайды және оларды өзінің ашық модулі мен көрсеткішімен бірге Бобқа жібереді. Боб 0 немесе 1 таңдайды және кездейсоқ мәнді таңдайды. Ол оны есептеу арқылы соқырландырады және Алисаға жібереді. Алиса екі кездейсоқ мәнді біріктіріп, келесіні шығарады: және қазір тең болады, ал екіншісі мағынасыз кездейсоқ мән болады. Алайда, Алиса Бобтың таңдаған мәні қандай екенін білмейтіндіктен, қайсысы тең екенін анықтай алмайды. Ол екі құпия хабарды әр мүмкін кілтпен біріктіреді, және оларды екеуін де Бобқа жібереді. Боб біледі, сондықтан ол есептеуді орындай алады. Алайда, ол білмейтіндіктен, ол есептеуді орындай алмайды, сондықтан анықтай алмайды.

1-n-ден тыс жанама трансферт және k-n-ден тыс жанама трансферт

1-ден n-ге дейінгі құпиялы берілім протоколын 1-ден 2-ге дейінгі құпиялы берілім протоколының табиғи жалпыламасы ретінде анықтауға болады. Нақтырақ айтқанда, жіберушінің n хабарламасы бар, ал алушының i индексі бар, және алушы жіберушінің хабарламаларының i-інсін білмей, тек соны ғана алуды қалайды, сонымен қатар жіберуші алушының n хабарламаның тек біреуін ғана алуын қамтамасыз етуді көздейді. 1-ден n-ге дейінгі құпиялы берілімді жеке ақпаратты іздеумен (PIR) салыстыруға болмайды. Бір жағынан, 1-ден n-ге дейінгі құпиялы берілім деректер базасына қосымша құпиялылық талаптарын қояды: атап айтқанда, алушы деректер базасының ең көп дегенде бір жазбасын біледі. Екінші жағынан, PIR n-ге қатысты байланыс үшін сызықтық емес деңгейді талап етеді, ал 1-ден n-ге дейінгі құпиялы берілімде мұндай талап жоқ. Дегенмен, бір серверлік PIR 1-ден 2-ге дейінгі құпиялы берілімді құру үшін жеткілікті шарт болып табылады. Сублинейлік байланыспен 1-ден n-ге дейінгі құпиялы берілім протоколын алғаш рет (бір серверлік PIR-дің жалпыламасы ретінде) Эяль Кушилевиц пен Рафаил Островский құрастырды. Мони Наор мен Бенни Пинкас, Уильям Айелло, Юваль Ишай мен Омер Рейнгольд, Свен Лоур және Хелгер Липмаа тиімдірек құрылымдарды ұсынды. 2017 жылы Колесников және авторлар амортизацияланған жағдайда 1-ден 2-ге дейінгі құпиялы берілімнің шамамен 4 еселік құнын талап ететін тиімді 1-ден n-ге дейінгі құпиялы берілім протоколын ұсынды. Брассард, Крепо және Роберт бұл ұғымды k-ден n-ге дейінгі құпиялы берілімге дейін жалпылады, онда алушы n хабарламалар жинағынан k хабарламалар жиынтығын алады. k хабарламалар жиынтығы бір мезгілде («бейімдемелі емес») қабылдануы мүмкін, немесе оларды бірінен соң бірі сұрауға болады, әр сұраныс алдыңғы алынған хабарламаларға негізделеді.

Жалпыланған бейхабарлық көшіру

k n Ұмытқыштық трансферт – Ишай мен Кушилевиц ұсынған жалпыланған ұмытқыштық трансферттің ерекше жағдайы. Бұл жағдайда жіберушіде n хабарламадан тұратын U жиынтығы болады, ал трансферт шектеулері U жиынтығының рұқсат етілген кіші жиынтықтарының A жиынтығымен анықталады. Алушы A жинағында кездесетін U жиынтығындағы хабарлардың кез келген кіші жиынтығын алуға мүмкіндік алады. Жіберуші алушы таңдағанды білмей қалуы керек, ал алушы өзі таңдаған хабарлар жиынтығынан тыс хабарлардың мәнін біле алмайды. A жиынтығы монотонды түрде кемиді, яғни кіші жиынтықтарды қамтиды (яғни, егер берілген B кіші жиынтығы A жиынтығында болса, B-нің барлық кіші жиынтықтары да сол жиынтықта болады). Ишай мен Кушилевиц ұсынған шешім жеке протоколдардың арнайы моделін пайдаланып, 1/2 ұмытқыштық трансферттің параллель шақыруларын қолданады. Кейіннен құпия бөлісуге негізделген басқа шешімдер де жарияланды – бірі Бхавани Шанкар, Каннан Сринатан және С. Панду Ранган, екіншісі Тамир Тасса есімдерімен байланысты.

Кванттық беймәлім көшіру

Кванттық жүйелерде құпиялы ақпарат алмасу протоколдарын іске асыруға болады. Кванттық криптографиядағы басқа міндеттерден, мысалы, кванттық кілт таратудан өзгеше, кванттық құпиялы ақпарат алмасуды абсолютті қауіпсіздікпен іске асыру мүмкін емес екені көрсетілген, яғни кванттық құпиялы ақпарат алмасу протоколдарының қауіпсіздігі тек кванттық физика заңдарымен ғана кепілдендірілмейді.