Compilation for Secure Multi-party Computation

این کتاب دیدگاهی جامع در مورد محاسبات چند جانبه عملی ایمن با کمک کامپایلر (MPC) بر روی مدارهای بولی ارائه می‌کند. در این مورد بحث می شود که دو یا چند حزب به طور مشترک یک تابع را بر روی ورودی های خود ارزیابی می کنند به گونه ای که هر طرف ورودی خود را برای طرف های دیگر در MPC ناشناخته نگه می دارد. MPC یک روش عمومی برای ساخت فن آوری های افزایش دهنده حریم خصوصی ارائه می دهد که از داده های حساس در طول مراحل پردازش در محیط های غیر قابل اعتماد محافظت می کند. یک مانع بزرگ در گذشته تولید برنامه های MPC با دست بود. اخیراً، کامپایلرهای ویژه ای برای ساخت انواع برنامه ها توسعه یافته اند.

این کتاب همچنین به تفصیل توضیح می دهد که چگونه برنامه های MPC کارآمد را می توان به طور خودکار از ANSI-C ایجاد کرد، بنابراین، زمینه های رمزنگاری، کامپایل و پل زدن را ایجاد کرد. سنتز سخت افزار همچنین بینشی در مورد الزامات ایجاد برنامه های کاربردی کارآمد برای MPC می دهد و از این رو نه تنها برای محققان در زمینه MPC بلکه برای توسعه دهندگانی که کاربردهای عملی با MPC را درک می کنند نیز مورد توجه است. برای درک بهتر زنجیره کامل کامپایل از ANSI-C تا مدارها، که "کد ماشین" MPC است، نویسندگان ابتدا اطلاعات پس زمینه لازم در مورد پروتکل های MPC، منطق بولی و سنتز منطق را ارائه می دهند. سپس نویسندگان مراحل مختلف کامپایل مورد نیاز برای ترجمه هر کد را به شرح مدار کافی شرح می دهند. پس از آن، نویسندگان انواع تکنیک‌های بهینه‌سازی را برای دو کلاس از پروتکل‌های MPC معرفی می‌کنند، یعنی تکنیک‌هایی که زمان اجرای برنامه‌ها را در پروتکل‌های MPC ثابت و چند دور بهبود می‌بخشند. نویسندگان همچنین نشان می‌دهند که چگونه می‌توان موازی‌سازی کارآمد پروتکل‌های MPC را با استفاده از کمک کامپایلرها به دست آورد. این اثربخشی تکنیک های پیشنهادی را با ارزیابی دقیق در مورد کاربردهای محک نشان می دهد. اکثر تکنیک های فوق در کامپایلر منبع باز ما که همراه این کتاب است پیاده سازی شده است و امکان مطالعه کامپایل برای MPC را در عمل فراهم می کند. برنامه های کاربردی در عمل، این کتاب را به عنوان مرجع و همچنین برای دانشجویان سطح پیشرفته در علوم کامپیوتر مفید خواهند یافت.

This book presents a holistic view on compiler assisted practical secure multi-party computation (MPC) over Boolean circuits. It discusses that two or more parties jointly evaluate a function over their inputs in such a way that each party keeps its input unknown to the other parties in MPC. MPC provides a generic way to construct Privacy-Enhancing Technologies, which protect sensitive data during processing steps in untrusted environments. A major obstacle in the past was to generate MPC applications by hand. Recently, special compilers have been developed to build all kinds of applications.

This book also explains in detail how efficient MPC applications can be created automatically from ANSI-C, thus, bridging the areas of cryptography, compilation and hardware synthesis. It also gives an insight into the requirements for creating efficient applications for MPC and is hence of interest to not only researchers in the area of MPC but also developers realizing practical applications with MPC. For a better understanding of the complete compile chain from ANSI-C to circuits, which is the ‘machine code’ of MPC, the authors first give the necessary background information on MPC protocols, Boolean logic, and logic synthesis. Then the authors describe the various compilation steps required to translate any code into an adequate circuit description. Afterwards, the authors introduce a variety of optimization techniques for two classes of MPC protocols, namely techniques that improve the runtime of applications in constant- and multi-round MPC protocols. The authors also illustrate how efficient parallelization of MPC protocols can be achieved using the assistance of compilers. It presents the effectiveness of the proposed techniques by giving a detailed evaluation on benchmarking applications. Most of the aforementioned techniques are implemented in our open source compiler that is accompanying this book and allows to study compilation for MPC in practice.Researchers who are interested in practical secure multi-party computation (MPC), and developers who are interested in realizing MPC applications in practice will find this book useful as a reference, as well as advanced-level students in computer science.