ECDH-PSI 协议#
算法流程#
算法分为2阶段，第一阶段为握手过程，第二阶段为算法主体，其流程如下：
握手过程#
握手所用的 HandshakeRequest 定义如下：
interconnection/handshake/entry.proto#
1// unified protocol for interconnection
2message HandshakeRequest {
3 // 握手请求版本号, 当前等于 2
4 int32 version = 1;
5
6 //** META INFO **//
7
8 // The sender's rank
9 int32 requester_rank = 2;
10
11 //** AI/BI 算法层 **//
12
13 // enum AlgoType
14 repeated int32 supported_algos = 3;
15
16 // 算法详细握手参数，与 supported_algos 一一对应
17 // SS-LR：learning_rate，optimizer，normalize
18 // ECDH-PSI：Nothing，skip
19 repeated google.protobuf.Any algo_params = 4;
20
21 //** 安全算子层 **//
22
23 // AI/BI 算法所需的 op 列到此处
24 // op = enum OpType
25 // ECDH-PSI：Nothing，skip
26 repeated int32 ops = 5;
27 repeated google.protobuf.Any op_params = 6;
28
29 //** 密码协议层 **//
30
31 // protocol_family = enum ProtocolFamily
32 // SS: Protocol: [Semi2K, ABY3], FieldType, BeaverConfig, SerializeFormat
33 // ECC: Hash2Curve, EcGroup, SerializeFormat
34 // PHE: Protocol: [Paillier, EcElgamal], SerializeFormat
35 repeated int32 protocol_families = 7;
36 repeated google.protobuf.Any protocol_family_params = 8;
37
38 //** 数据 IO **//
39
40 // 定义 AI/BI 算法的输入和结果输出格式，不包括中间交互数据的格式
41 // PSI: item_count、result_to_rank
42 // SS-LR: sample_size、feature_num、has_label, etc.
43 google.protobuf.Any io_param = 9;
44}
HandshakeRequest 主要包括以下信息：
协议版本号
请求方的传输层 rank 值
想使用的具体算法，比如使用 ECDH-PSI
每类算法的详细参数，ECDH-PSI 算法忽略该字段
用到的安全算子的类型，ECDH-PSI 算法忽略该字段
每个安全算子的详细参数，ECDH-PSI 算法忽略该字段
用到的密码协议族，比如 ECC 协议族
每个协议族的详细参数，比如 ECC 协议族需要说明具体的椭圆曲线类型，哈希算法等参数
算法的输入和结果输出格式，比如 ECDH-PSI 需要说明结果是A，B都可见，还是只对某一方可见
HandshakeRequest 中的 supported_algos 字段的定义如下：
interconnection/handshake/entry.proto#
1enum AlgoType {
2 ALGO_TYPE_UNSPECIFIED = 0;
3 ALGO_TYPE_ECDH_PSI = 1;
4 ALGO_TYPE_SS_LR = 2;
5}
HandshakeRequest 中的 protocol_families 字段的定义如下：
interconnection/handshake/entry.proto#
1enum ProtocolFamily {
2 PROTOCOL_FAMILY_UNSPECIFIED = 0;
3 PROTOCOL_FAMILY_ECC = 1;
4 PROTOCOL_FAMILY_SS = 2;
5 PROTOCOL_FAMILY_PHE = 3;
6}
如果协议族是 ECC，则 HandshakeRequest 中的 protocol_family_params 字段格式如下：
interconnection/handshake/protocol_family/ecc.proto#
1message EccProtocolProposal {
2 repeated int32 supported_versions = 1;
3
4 // list of <curve, hash, hash2curve_strategy> suits
5 repeated EcSuit ec_suits = 2;
6
7 // ref enum PointOctetFormat
8 // 点的序列化格式
9 repeated int32 point_octet_formats = 3;
10
11 // Whether to enable the optimization method: secondary ciphertext truncation
12 bool support_point_truncation = 4;
13}
EccProtocolProposal 中的 ec_suits 字段的定义如下：
interconnection/handshake/protocol_family/ecc.proto#
1// Suit of <curve, hash, hash2curve_strategy>
2message EcSuit {
3 // ref enum CurveType
4 int32 curve = 1;
5
6 // ref enum HashType
7 int32 hash = 2;
8
9 // ref enum HashToCurveStrategy
10 int32 hash2curve_strategy = 3;
11}
如果算法是 ECDH-PSI，则 HandshakeRequest 中的 io_param 字段格式如下：
interconnection/handshake/algos/psi.proto#
1message PsiDataIoProposal {
2 repeated int32 supported_versions = 1;
3
4 // How many items do I've.
5 //
6 // 待求交的 PSI 数据总量
7 int64 item_num = 2;
8
9 // Which rank can receive the psi results.
10 //
11 // 确定 PSI 结果获取方。
12 //
13 // NOTES:
14 // `-1`: all parties (所有机构都可以拿到交集结果)
15 // `>= 0`: corresponding rank can get the results (指定机构拿到交集结果)
16 int32 result_to_rank = 3;
17}
握手请求的结果 HandshakeResponse 定义如下：
interconnection/handshake/entry.proto#
1message HandshakeResponse {
2 // response header
3 ResponseHeader header = 1;
4
5 //** AI/BI 算法层 **//
6
7 // algos = enum AlgoType
8 int32 algo = 2;
9
10 // 算法详细握手参数
11 // SS-LR：learning_rate，optimizer，normalize
12 // ECDH-PSI：Nothing，skip
13 google.protobuf.Any algo_param = 3;
14
15 //** 安全算子层 **//
16
17 // AI/BI 算法所需的 op 列到此处
18 // op = enum OpType
19 // ECDH-PSI：Nothing，skip
20 repeated int32 ops = 4;
21 repeated google.protobuf.Any op_params = 5;
22
23 //** 密码协议层 **//
24
25 // protocol_family = enum ProtocolFamily
26 // SS: Protocol: [Semi2K, ABY3], FieldType, BeaverConfig, SerializeFormat
27 // ECC: Hash2Curve, EcGroup, SerializeFormat
28 // PHE: Protocol: [Paillier, EcElgamal], SerializeFormat
29 repeated int32 protocol_families = 6;
30 repeated google.protobuf.Any protocol_family_params = 7;
31
32 //** 数据 IO **//
33
34 // 定义 AI/BI 算法的输入和结果输出格式，不包括中间交互数据的格式
35 // PSI: item_count、result_to_rank
36 // SS-LR: sample_size、feature_num、has_label, etc.
37 google.protobuf.Any io_param = 8;
38}
其中 ResponseHeader 定义如下：
interconnection/common/header.proto#
1syntax = "proto3";
2
3package org.interconnection;
4
5// 31100xxx is the white box interconnection code segment
6// 31100xxx 为引擎白盒互联互通号段
7enum ErrorCode {
8 OK = 0;
9
10 GENERIC_ERROR = 31100000;
11 UNEXPECTED_ERROR = 31100001;
12 NETWORK_ERROR = 31100002;
13
14 INVALID_REQUEST = 31100100;
15 INVALID_RESOURCE = 31100101;
16
17 HANDSHAKE_REFUSED = 31100200;
18 UNSUPPORTED_VERSION = 31100201;
19 UNSUPPORTED_ALGO = 31100202;
20 UNSUPPORTED_PARAMS = 31100203;
21}
22
23message ResponseHeader {
24 int32 error_code = 1;
25 string error_msg = 2;
26}
如果协议族是 ECC，则 HandshakeResponse 中的 protocol_family_params 字段格式如下：
interconnection/handshake/protocol_family/ecc.proto#
1message EccProtocolResult {
2 int32 version = 1;
3
4 // The chosen suit
5 EcSuit ec_suit = 2;
6
7 // The chosen octet format
8 int32 point_octet_format = 3;
9
10 // optimization method: secondary ciphertext truncation
11 // -1 means disable this optimization (do not truncation)
12 int32 bit_length_after_truncated = 4;
13}
如果算法是 ECDH-PSI，则 HandshakeResponse 中的 io_param 字段格式如下：
interconnection/handshake/algos/psi.proto#
1message PsiDataIoResult {
2 int32 version = 1;
3
4 // 确定 PSI 结果获取方。
5 //
6 // NOTES:
7 // `-1`: all parties (所有机构都可以拿到交集结果)
8 // `>= 0`: corresponding rank can get the results (指定机构拿到交集结果)
9 int32 result_to_rank = 2;
10}
Protobuf 传输方式#
Protobuf 传输使用《传输层白盒互联互通协议》中的 P2P 传输协议进行传输。其中传输的 key 按照《传输层白盒互联互通协议》中定义的方法生成，value 即为 protobuf 序列化之后的二进制字符串。
算法主体#
算法第二步、第四步使用 EcdhPsiCipherBatch 格式进行传输，EcdhPsiCipherBatch 定义如下：
interconnection/runtime/ecdh_psi.proto#
1// ECDH PSI 密文传输
2message EcdhPsiCipherBatch {
3 // The type hint for each message. (密文类型)
4 //
5 // "enc": the first stage ciphertext
6 //
7 // "dual.enc": the second stage ciphertext
8 //
9 // ECDH PSI 密文阶段类型，主要用来区分一阶段和二阶段的密文.
10 string type = 1;
11
12 // The batch index. Start from 0.
13 //
14 // Batch 索引，从 0 开始
15 int32 batch_index = 3;
16
17 // Is last batch flag
18 bool is_last_batch = 4;
19
20 // Count of items in this batch.
21 // count == 0 is allowed for last batch
22 int32 count = 6;
23
24 // The packed all in one ciphertext for this batch.
25 //
26 // The first stage ciphertext takes 256 bits for each ciphertext element.
27 // However, the second stage ciphertext takes 96 bits each. According to PSI
28 // papers, we do not need to send all 256 bit for the final ciphertext. The
29 // number of bits needed to compare is `Log(MN) + 40` given a 40 bits
30 // statistical security parameter. TODO (add paper link here).
31 //
32 // We define each bucket has less than 2^28 items, i.e. about 270 million
33 // (单桶最多 2.7亿) items, which is general enough for various psi algorithms.
34 //
35 // NOTE: we do not use `repeated`` here to save overhead of metadata.
36 bytes ciphertext = 7;
37}
其中 ciphertext 字段用于存放 ECC 上的点，每个点按照握手协议中的 point_octet_format 序列化之后依次连续存放。