تطبيقات MPC: تقاطع المجموعات الخاصة وتعلّم الآلة

تحوّل MPC النظرية إلى تطبيق عملي. ويُعد التقاطع الخاص للمجموعات (PSI) وتعلم الآلة المحافظ على الخصوصية من أكثر تطبيقات MPC انتشارًا في الصناعة اليوم.

في PSI، تملك Alice المجموعة A ويملك Bob المجموعة B. ويحسبان A∩B من دون معرفة العناصر الموجودة في A\B أو B\A. ويُستخدم ذلك في تتبع المخالطين لدى Google/Apple، واكتشاف الاحتيال الإعلاني، ومشاركة معلومات التهديدات.

يُعد تجزئة المجموعتين ومقارنتهما غير آمن إذا كانت المجموعات صغيرة، إذ يستطيع الخصم تجربة جميع العناصر. ويتطلب PSI الآمن إخفاء حجم التقاطع أيضًا (أو الكشف عن التقاطع وحده).

‏OPRF (دالة PRF متغاضية): يقيّم Bob دالة PRF على عناصر Alice من دون معرفة هذه العناصر. وتحصل Alice على PRF(k, x) لكل x∈A، ثم تقارنها بقيم PRF(k, y) التي حسبها Bob مسبقًا لكل y∈B.

يحسب PSI القائم على الدوائر التقاطعَ داخل دائرة MPC، مما يتيح إجراء حسابات إضافية على عناصر التقاطع، مثل جمع مبالغ المشتريات، من دون الكشف عن العناصر المتقاطعة.

يدرّب PPML النماذج أو ينفّذ الاستدلال على بيانات من أطراف متعددة. يحافظ التعلّم الاتحادي على البيانات محليًا، بينما يذهب MPC إلى أبعد من ذلك، إذ تكون حتى النموذج أو التدرجات المجمّعة مقسّمة باستخدام المشاركة السرية.

بروتوكول Google للتجميع الآمن لعام 2017: يقسّم كل عميل تحديث التدرج الخاص به باستخدام المشاركة السرية. ولا يعيد الخادم بناءً إلا للمجموع. ولا تُكشف التحديثات الفردية مطلقًا، حتى للخادم.

يدعم كل من CrypTen (Facebook/Meta) وMOTION تشغيل الشبكات العصبية بأسلوب PyTorch على مدخلات مقسّمة باستخدام المشاركة السرية. وتكون الطبقات الخطية منخفضة التكلفة، بينما تتطلب الدوال غير الخطية (ReLU) تحويلًا من القيم المنطقية إلى الحسابية.

تتطلب ReLU(x) = max(0,x) مقارنة x بالقيمة 0، وهي عملية غير خطية وغير حسابية. ويُنفَّذ ذلك باستخدام الدوائر المموّهة أو تحليل البتات، ويمثل التكلفة الأكبر في PPML.

يستخدم Private Relay من Apple تقنية PSI. وتستخدم Meta تقنية MPC لقياس الإعلانات بطريقة خاصة. ويستخدم بروتوكول PRIO من IETF، والمستخدم في Firefox Telemetry، إحصاءات مجمّعة مقسّمة باستخدام المشاركة السرية.

في PSI القائم على OPRF، أي طرف يحتفظ بمفتاح PRF، وماذا يتعلم الطرف الآخر؟

يتيح PSI للأطراف حساب تقاطع المجموعات بشكل خاص باستخدام OPRF. ويتيح Circuit PSI إجراء حسابات إضافية على بيانات التقاطع. ويستخدم PPML تقنية MPC لتجميع بيانات التعلّم الاتحادي وتنفيذ الاستدلال على النماذج باستخدام مدخلات مشفّرة. وتُعد ReLU عنق الزجاجة الرئيسي من حيث التكلفة في PPML.