特開 2024-61277 プログラム、情報処理装置、方法、及び情報処理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024061277

(43)【公開日】2024-05-07

(54)【発明の名称】プログラム、情報処理装置、方法、及び情報処理システム

(51)【国際特許分類】

   G09C 1/00 20060101AFI20240425BHJP

   G06F 21/60 20130101ALI20240425BHJP

   G06F 21/62 20130101ALI20240425BHJP

   G06F 16/28 20190101ALI20240425BHJP

   G06F 16/903 20190101ALI20240425BHJP

【ＦＩ】

G09C1/00 620Z

G06F21/60 360

G06F21/62 327

G06F16/28

G06F16/903

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022169128

(22)【出願日】2022-10-21

(71)【出願人】

【識別番号】522413939

【氏名又は名称】合同会社ジャノム

(74)【代理人】

【識別番号】110002815

【氏名又は名称】ＩＰＴｅｃｈ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】日向 理彦

【テーマコード（参考）】

5B175

【Ｆターム（参考）】

5B175BA01

5B175DA10

(57)【要約】

【課題】巨大なデータベースに対して安全かつ実用的な時間で所望のデータを取得することができるようにする。
【解決手段】プロセッサを備えるコンピュータに処理を行わせるプログラムであって、前記プロセッサに、前記データベースに格納された複数のデータ要素のうち、特定のデータ要素に関する情報を取得するステップと、完全準同型でない準同型の暗号方式を用いて、前記特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを生成するステップと、前記暗号化クエリを、前記サーバに送信するステップと、前記サーバから、前記特定のデータ要素を含む暗号化された応答を受信するステップと、前記応答を、復号化することにより、前記特定のデータ要素を抽出するステップと、を実行させる。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プロセッサを備えるコンピュータと、サーバと、複数のデータ要素を、多次元配列として格納しているデータベースとを含む情報処理システムにおいて、前記コンピュータに処理を行わせるプログラムであって、前記プロセッサに、
前記データベースに格納された複数のデータ要素のうち、特定のデータ要素に関する情報を取得するステップと、
完全準同型でない準同型の暗号方式を用いて、前記特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを生成するステップと、
前記暗号化クエリを、前記サーバに送信するステップと、
前記サーバから、前記特定のデータ要素を含む暗号化された応答を受信するステップと、
前記応答を、復号化することにより、前記特定のデータ要素を抽出するステップと、
を実行させるプログラム。

【請求項2】

プロセッサを備えるコンピュータと、クライアント端末と、複数のデータ要素を、多次元配列として格納しているデータベースとを含む情報処理システムにおいて、前記コンピュータに処理を行わせるプログラムであって、前記プロセッサに、
前記クライアント端末から、完全準同型でない準同型の暗号方式を用いて、前記データベースに格納された複数のデータ要素のうち、特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを受信するステップと、
前記暗号化クエリを用いて、前記データベースに格納された複数のデータ要素に対して、前記暗号方式における準同型の演算を行うことにより、前記特定のデータ要素を含む暗号化された応答を生成するステップと、
前記応答を、前記クライアント端末に送信するステップと、
を実行させるプログラム。

【請求項3】

前記暗号方式は、暗号文と平文とが１対１で対応する、
請求項１又は請求項２に記載のプログラム。

【請求項4】

前記暗号方式は、ＥＣ－ＥｌＧａｍａｌ暗号又はＰａｉｌｌｉｅｒ暗号である、
請求項１又は請求項２に記載のプログラム。

【請求項5】

前記情報処理システムは、ブロックチェーンを用いる暗号資産管理システムであり、
前記特定のデータ要素は、暗号資産である、
請求項１又は請求項２の何れかに記載のプログラム。

【請求項6】

プロセッサを備える情報処理装置と、サーバと、複数のデータ要素を、多次元配列として格納しているデータベースとを含む情報処理システムにおける情報処理装置であって、前記プロセッサが、
前記データベースに格納された複数のデータ要素のうち、特定のデータ要素に関する情報を取得するステップと、
完全準同型でない準同型の暗号方式を用いて、前記特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを生成するステップと、
前記暗号化クエリを、前記サーバに送信するステップと、
前記サーバから、前記特定のデータ要素を含む暗号化された応答を受信するステップと、
前記応答を、復号化することにより、前記特定のデータ要素を抽出するステップと、
を実行する情報処理装置。

【請求項7】

プロセッサを備える情報処理装置と、クライアント端末と、複数のデータ要素を、多次元配列として格納しているデータベースとを含む情報処理システムにおける情報処理装置であって、前記プロセッサが、
前記クライアント端末から、完全準同型でない準同型の暗号方式を用いて、前記データベースに格納された複数のデータ要素のうち、特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを受信するステップと、
前記暗号化クエリを用いて、前記データベースに格納された複数のデータ要素に対して、前記暗号方式における準同型の演算を行うことにより、前記特定のデータ要素を含む暗号化された応答を生成するステップと、
前記応答を、前記クライアント端末に送信するステップと、
を実行する情報処理装置。

【請求項8】

プロセッサを備えるコンピュータと、サーバと、複数のデータ要素を多次元配列として格納しているデータベースとを含む情報処理システムにおいて、前記コンピュータが
前記データベースに格納された複数のデータ要素のうち、特定のデータ要素に関する情報を取得するステップと、
完全準同型でない準同型の暗号方式を用いて、前記特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを生成するステップと、
前記暗号化クエリを、前記サーバに送信するステップと、
前記サーバから、前記特定のデータ要素を含む暗号化された応答を受信するステップと、
前記応答を、復号化することにより、前記特定のデータ要素を抽出するステップと、
を実行する方法。

【請求項9】

プロセッサを備えるコンピュータと、クライアント端末と、複数のデータ要素を、多次元配列として格納しているデータベースとを含む情報処理システムにおいて、前記コンピュータが、
前記クライアント端末から、完全準同型でない準同型の暗号方式を用いて、前記データベースに格納された複数のデータ要素のうち、特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを受信するステップと、
前記暗号化クエリを用いて、前記データベースに格納された複数のデータ要素に対して、前記暗号方式における準同型の演算を行うことにより、前記特定のデータ要素を含む暗号化された応答を生成するステップと、
前記応答を、前記クライアント端末に送信するステップと、
を実行する方法。

【請求項10】

クライアント端末と、サーバと、データベースとを含む情報処理システムであって、
前記クライアント端末は、
前記データベースに格納された複数のデータ要素のうち、特定のデータ要素に関する情報を取得するステップと、
完全準同型でない準同型の暗号方式を用いて、前記特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを生成するステップと、
前記暗号化クエリを、前記サーバに送信するステップと、
前記サーバから、前記特定のデータ要素を含む暗号化された応答を受信するステップと、
前記応答を、復号化することにより、前記特定のデータ要素を抽出するステップと、
を実行し、
前記サーバは、
前記クライアント端末から、前記暗号化クエリを受信するステップと、
前記暗号化クエリを用いて、前記データベースに格納された複数のデータ要素に対して、前記暗号方式における準同型の演算を行うことにより、前記応答を生成するステップと、
前記応答を、前記クライアント端末に送信するステップと、
を実行し、
前記データベースは、前記複数のデータ要素を、多次元配列として格納する、
情報処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、プログラム、情報処理装置、方法、及び情報処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ユーザがどのデータを取得するかを明らかにすることなく、データベースを所有するサーバから特定のデータを取得できるようにするＰＩＲ（Ｐｒｉｖａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｒｅｔｒｉｅｖａｌ）という技術がある（非特許文献１）。しかし、ＰＩＲでは、通信の複雑さがＯ（Ｎ）になってしまうという問題があった。これを解消するため、データベースがデータを多次元配列として格納する方法が知られている（非特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【非特許文献1】E. Kushilevitz and R. Ostrovsky. Replication is not needed: Single database, computationally-private information retrieval. In Proc. of the 38th Annu. IEEE Symp. on Foundations of Computer Science, pages 364-373, 1997.

【非特許文献2】S.Angel, H.Chen, K.Laine and S.Setty, PIR with compressed queries and amortized query processing, https://eprint.iacr.org/2017/1142.pdf, 2017.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

非特許文献２の技術は、ＬＷＥ（Ｌｅａｒｎｉｎｇ Ｗｉｔｈ Ｅｒｒｏｒｓ）をベースとした完全準同型暗号を用いることで、暗号化したクエリによる所定の演算を行い、所望のデータをクライアントが復号する。
しかし、ＬＷＥベースの完全準同型暗号を用いる場合、複数の平文を一度にパッキングしてベクトル状（ｖ＝（ｖ１，ｖ２，．．．））に表現する必要があるため、例えばｖ１とｖ２とを暗号化したまま加算を行う場合には、ベクトルｖをローテーションさせたｖ’＝（ｖ２，ｖ３，．．．）というベクトルを作った上で、ｖ＋ｖ’＝（ｖ１＋ｖ２，ｖ２＋ｖ３，．．．）とする必要がある。また、このベクトルを暗号化した場合、暗号文が非常に長ってしまう。
このため、従来技術では、暗号化手順を並列化するには複雑になり、複数のコアで効率的に分散させることができない。よって、巨大なデータベースに対して検索を行う場合、実用的な時間で計算処理を実行することが困難である、という問題があった。

【0005】

本開示の目的は、巨大なデータベースに対して安全かつ実用的な時間で所望のデータを取得することができる技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様のプログラムは、プロセッサを備えるコンピュータと、サーバと、複数のデータ要素を、多次元配列として格納しているデータベースとを含む情報処理システムにおいて、前記コンピュータに処理を行わせるプログラムであって、前記プロセッサに、前記データベースに格納された複数のデータ要素のうち、特定のデータ要素に関する情報を取得するステップと、完全準同型でない準同型の暗号方式を用いて、前記特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを生成するステップと、前記暗号化クエリを、前記サーバに送信するステップと、前記サーバから、前記特定のデータ要素を含む暗号化された応答を受信するステップと、前記応答を、前記復号化することにより、前記特定のデータ要素を抽出するステップと、を実行させる。

【0007】

本開示の一態様のプログラムは、プロセッサを備えるコンピュータと、クライアント端末と、複数のデータ要素を、多次元配列として格納しているデータベースとを含む情報処理システムにおいて、前記コンピュータに処理を行わせるプログラムであって、前記プロセッサに、前記クライアント端末から、完全準同型でない準同型の暗号方式を用いて、前記データベースに格納された複数のデータ要素のうち、特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを受信するステップと、前記暗号化クエリを用いて、前記データベースに格納された複数のデータ要素に対して、前記暗号方式における準同型の演算を行うことにより、前記特定のデータ要素を含む暗号化された応答を生成するステップと、前記応答を、前記クライアント端末に送信するステップと、を実行させる。

【発明の効果】

【0008】

本開示の技術は、巨大なデータベースに対して安全かつ実用的な時間で所望のデータを取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の情報処理システム１の構成を示すブロック図である。

【図2】本開示のクライアント端末１０の構成を示すブロック図である。

【図3】本開示のサーバ２０の構成を示すブロック図である。

【図4】本開示のクライアント端末１０の機能構成を示すブロック図である。

【図5】本開示のサーバ２０の機能構成を示すブロック図である。

【図6】本開示のクライアント端末１０による情報取得処理を示すフローチャートである。

【図7】本開示のサーバ２０による情報取得処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

【0011】

＜本開示に関する理論＞
（準同型暗号を用いたＰＩＲ）
シンプルなＰＩＲでは、データベースは、データを順にインデックス化して格納している。例えば、データベースは、Ｎ個データをｄ₁～ｄ_Nとして格納している。ＰＩＲのアルゴリズムは、以下のようになる。

【0012】

ステップ１：クライアント端末は、欲しいデータのインデックスｉを決定する。
ステップ２：クライアント端末は、暗号化クエリである、配列｛ｃ_k｝を計算する（ｋは１～Ｎの整数）。
ここで、ｃ_kは、ｋ＝ｉであればＥｎｃ（１）、そうでなければ、Ｅｎｃ（０）となる。Ｅｎｃ（）は準同型の暗号方式による暗号化を行う関数である。
ステップ３：クライアント端末は、暗号化クエリ｛ｃ_k｝を、サーバに送信する。
ステップ４：サーバは、クライアント端末から、暗号化クエリ｛ｃ_k｝を受信する。
ステップ５：サーバは、応答ｒを計算する（下記式（１））。
ｒ＝Σ_kｄ_k○ｃ_k （１）
ここで、演算“○”は、準同型である演算である。演算“○”は、暗号方式によって異なる。すなわち、準同型暗号において、暗号化された要素ａ及びｂは群をなすため、 Ｅｎｃ（ａ）○Ｅｎｃ（ｂ）＝Ｅｎｃ（ａ○ｂ） となる。このため、 ｒ＝Σ_kｄ_k○ｃ_k＝Ｅｎｃ（ｄ_i） となる。
ステップ６：サーバは、応答ｒを、クライアント端末に送信する。
ステップ７：クライアント端末は、応答ｒをサーバから受信する。

【0013】

ステップ８：クライアント端末は、自己の復号鍵を用いて、ｒを復号する。具体的には、クライアント端末は、下記式により、データｄ_iを応答ｒから求めることができる。
ｄ_i＝Ｄｅｃ（ｒ）＝Ｄｅｃ（Ｅｎｃ（ｄ_i））

【0014】

従来のＰＩＲでは、Ｏ（Ｎ）の通信の複雑さがある。これは、サーバから全てのデータを取得するのとほぼ同じデータ転送量である。クライアント端末がサーバから全てのデータを取得し、求めていないデータを破棄する場合、ＰＩＲを使用する必要がない。従って、Ｏ（Ｎ）の下での通信の複雑さを軽減することが本質的に重要である。

【0015】

（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｄｅｍｅｎｔｉｏｎａｌ ＰＩＲｓについて）
上記ＰＩＲの課題であるＯ（Ｎ）の下での通信の複雑さを軽減するために、データベースがデータを多次元配列として格納する方法が知られている。以下、この方法をＭＤＰＩＲｓと呼ぶ。ＭＤＰＩＲｓでは、データベースは、データをd次元の配列として格納する。ここでは簡単のため、ｄ＝２の場合を例に説明する。すなわち、データベースは、Ｎ×Ｍ個データをｄ_1,1～ｄ_N,Mとして格納している（Ｎ，Ｍは任意の整数）。この場合、ＭＤＰＩＲｓのアルゴリズムは、以下のようになる。

【0016】

ステップ１：クライアント端末は、欲しいデータのインデックス（ｉ，ｊ）を決定する。
ステップ２：クライアント端末は、暗号化クエリである、配列｛ｃ_0,k｝及び配列｛ｃ_1,s｝を計算する（ｋは１～Ｎ、ｓは１～Ｍの整数）。
ここで、ｃ_0,kは、ｋ＝ｉであればＥｎｃ（１）、そうでなければ、Ｅｎｃ（０）となる。また、ｃ_1,sは、ｓ＝ｊであればＥｎｃ（１）、そうでなければ、Ｅｎｃ（０）となる。
ステップ３：クライアント端末は、暗号化クエリ｛ｃ_0,k｝及び｛ｃ_1,k｝を、サーバに送信する。
ステップ４：サーバは、クライアント端末から、暗号化クエリ｛ｃ_0,k｝及び｛ｃ_1,k｝を受信する。
ステップ５：サーバは、応答ｒを計算する（下記式（２））。
ｒ＝Σ_nＳｅｒ（ｒ_n）○ｃ_1,n＝Ｅｎｃ（Ｓｅｒ（Ｅｎｃ（ｄ_i,j））） …（２）
ここで、ｒ_nは下記式（３）で表される。
ｒ_n＝Σ_mｄ_n,m○ｃ_0,m＝Ｅｎｃ（ｄ_n,i） …（３）
また、Ｓｅｒ（）は、シリアル化関数である。
ステップ６：サーバは、応答ｒを、クライアント端末に送信する。
ステップ７：クライアント端末は、応答ｒをサーバから受信する。
ステップ８：クライアント端末は、自己の復号鍵を用いて、ｒを復号する。

【0017】

このアルゴリズムにより、ＭＤＰＩＲｓにおいて、通信の複雑さはＯ（√Ｎ）まで減らすことができる。上記では、２次元配列の場合であるが、ｄ次元の場合、通信の複雑さはＯ（
^d√Ｎ）となる。

【0018】

（本開示のＰＩＲについて）
ＭＤＰＩＲｓは、ＬＷＥをベースとした完全準同型暗号を用いている。このため、ＭＤＰＩＲｓは、複数の平文を一度にパッキングしてベクトル状ｖ＝（ｖ₁，ｖ₂，…）に表現する必要がある。このため、ＭＤＰＩＲｓは、暗号化したまま完全準同型の演算を行う場合、ベクトルｖをローテーションさせたベクトルｖ´を生成した上で、ｖとｖ´との演算を行う必要がある。例えば、ＭＤＰＩＲｓは、ベクトルｖの要素であるｖ₁とｖ₂とを暗号化したまま加算を行う場合、ベクトルｖをローテーションさせたｖ´＝（ｖ２，ｖ３，…）というベクトルを作った上で、ｖ＋ｖ´＝（ｖ１＋ｖ２，ｖ２＋ｖ３，．．．）の演算をする必要がある。

【0019】

また、このベクトルｖを暗号化した場合、暗号文が非常に長くなってしまう。

【0020】

このため、従来のＭＤＰＩＲｓでは、暗号化手順を並列化することに適しない複雑性を持つこととなる。よって、クライアント端末やサーバは、ＭＤＰＩＲｓの処理を複数のコアに対して、効率的に分散させることができない。よって、巨大なデータベースに対して検索を行う場合、実用的な時間で計算処理を実行することが困難である、という問題があった。

【0021】

本開示の技術は、多次元配列を用いるＰＩＲにおいて、暗号方式に、完全準同型でない準同型暗号であって、暗号文と平文とが１対１に対応するものをあえて用いる。このような準同型暗号は、例えば、ＥＣ－ＥｌＧａｍａｌ暗号又はＰａｉｌｌｉｅｒ暗号である。ＥＣ－ＥｌＧａｍａｌやＰａｉｌｌｉｅｒ暗号は、加法のみ準同型となり、乗法については準同型とならない。本開示の技術は、このような準同型暗号をあえて用いることで、ベクトルのローテーションといった複雑な操作を不要とし、個々の平文を暗号化したまま操作することを可能とする。

【0022】

上記のＭＤＰＩＲｓと比較して、本開示の技術は、ベクトル状に表現する操作が、ＥＣ－ＥｌＧａｍａｌ暗号などの準同型暗号を用いることにより不要となる。このため、ベクトル状に表現することによる計算の複雑さを解消させることができ、データが巨大となった場合のプロセッサに対する並列度を向上させることができる。

【0023】

また、多次元配列を用いるＰＩＲにおいて、完全準同型暗号を用いず、暗号文と平文とが１対１で対応する暗号方式を用いるとことで、暗号文の長さを抑えることができる。

【0024】

このように、完全準同型暗号でない準同型暗号であって、暗号文と平文とが１対１で対応する暗号方式を用いることにより、並列度を容易に向上させることができ、巨大なデータベースに対して実用的な時間で計算処理を実行することができる。例えば、ＧＰＵのような多数のコアプロセッサを有する情報処理装置において、高い並列度を実現することができる。

【0025】

＜１．情報処理システム１の構成＞
以下、本開示の技術である、暗号方式としてＥＣ－ＥｌＧａｍａｌ暗号を採用した多次元配列のＰＩＲを用いる情報処理システムについて説明する。図１は、本開示の情報処理システム１の構成を示す図である。

【0026】

図１に示すように、本開示の情報処理システム１は、クライアント端末１０と、サーバ２０とネットワーク３０とを含んで構成される。クライアント端末１０とサーバ２０とは、有線又は無線の通信規格を用いて、ネットワーク３０を介して相互に通信可能に接続されている。

【0027】

クライアント端末１０は、データをサーバに問い合わせる装置である。図２は、本開示のクライアント端末１０の構成を示す図である。

【0028】

クライアント端末１０は、例えば、ラップトップパソコン又はラックマウント型若しくはタワー型等のコンピュータ、スマートフォン等である。

【0029】

クライアント端末１０は、プロセッサ１１と、メモリ１２と、ストレージ１３と、通信ＩＦ１４と、入出力ＩＦ１５とを含んで構成される。

【0030】

プロセッサ１１は、プログラムに記述された命令セットを実行するためのハードウェアであり、演算装置、レジスタ、周辺回路などにより構成される。また、プロセッサ１１は、複数のプロセッサにより構成されてもよい。

【0031】

メモリ１２は、プログラム、及び、プログラム等で処理されるデータ等を一時的に記憶するためのものであり、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性のメモリである。

【0032】

ストレージ１３は、データを保存するための記憶装置であり、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）である。

【0033】

通信ＩＦ１４は、クライアント端末１０が外部の装置と通信するため、信号を入出力するためのインタフェースである。通信ＩＦ１４は、インターネット、広域イーサネット等のネットワークに有線又は無線により接続する。

【0034】

入出力ＩＦ１５は、入力操作を受け付けるための入力装置（例えば、マウス等のポインティングデバイス、キーボード）、及び、情報を提示するための出力装置（ディスプレイ、スピーカ等）とのインタフェースとして機能する。

【0035】

サーバ２０は、クライアント端末１０の要求に応じて、所定の処理を行い、応答をクライアント端末１０に送信する装置である。

【0036】

図３は、サーバ２０の構成を示す図である。サーバ２０は、例えば、ラップトップパソコン又はラックマウント型若しくはタワー型等のコンピュータ、スマートフォン等である。サーバ２０は、複数のサーバ２０により、１つのシステムとして構成される、冗長化構成される等の構成であってもよい。情報処理システム１を実現することに要する複数の機能の配分の仕方は、各ハードウェアの処理能力、情報処理システム１に求められる仕様等に鑑みて適宜決定することができる。

【0037】

サーバ２０は、プロセッサ２１と、メモリ２２と、ストレージ２３と、通信ＩＦ２４と、入出力ＩＦ２５とを含んで構成される。

【0038】

プロセッサ２１は、プログラムに記述された命令セットを実行するためのハードウェアであり、演算装置、レジスタ、周辺回路などにより構成される。サーバ２０は、複数のプロセッサ２１を含むように構成される。プロセッサ２１は、ＧＰＵであってもよい。

【0039】

メモリ２２は、プログラム、及び、プログラム等で処理されるデータ等を一時的に記憶するためのものであり、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性のメモリである。

【0040】

ストレージ２３は、データを保存するための記憶装置であり、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）である。また、ストレージ２３は、大量のデータを保存可能なデータベースとして構成されてもよい。

【0041】

通信ＩＦ２４は、サーバ２０が外部の装置と通信するため、信号を入出力するためのインタフェースである。通信ＩＦ２４は、インターネット、広域イーサネット等のネットワークに有線又は無線により接続する。

【0042】

入出力ＩＦ２５は、入力操作を受け付けるための入力装置（例えば、マウス等のポインティングデバイス、キーボード）、及び、情報を提示するための出力装置（ディスプレイ、スピーカ等）とのインタフェースとして機能する。

【0043】

ネットワーク３０は、有線又は無線ネットワークにより構成される。ネットワーク３０は、例えばインターネット、広域イーサネットなどの様々なネットワークを含んでもよい。

【0044】

＜２．クライアント端末１０の機能構成＞
図４を用いて、本開示に係るクライアント端末１０の機能構成について説明する。図４は、クライアント端末１０の機能構成を示すブロック図である。図４に示すように、クライアント端末１０は、通信部１１０と、記憶部１２０と、制御部１３０とを含む。

【0045】

通信部１１０は、クライアント端末１０が外部の装置と通信するための処理を行う。

【0046】

記憶部１２０は、クライアント端末１０が使用するデータ及びプログラムを記憶する。また、記憶部１２０は、暗号化に用いる暗号鍵、復号化に用いる復号鍵などを記憶する。

【0047】

制御部１３０は、クライアント端末１０のプロセッサ１１がプログラムに従って処理を行うことにより、受信制御部１３１、送信制御部１３２、入力部１３３、生成部１３４、抽出部１３５、及び出力部１３６に示す機能を発揮する。

【0048】

受信制御部１３１は、クライアント端末１０が外部の装置（例えば、サーバ２０）から通信プロトコルに従って信号を受信する処理を制御する。

【0049】

送信制御部１３２は、クライアント端末１０が外部の装置（例えば、サーバ２０）に対し通信プロトコルに従って信号を送信する処理を制御する。

【0050】

入力部１３３は、データベースに格納された複数のデータ要素のうち、特定のデータ要素に関する情報の入力を受け付ける。

【0051】

具体的には、入力部１３３は、ユーザの操作を受け付け、当該操作により、ユーザが所望する特定のデータ要素のインデックスを決定する。当該操作は、ユーザがＧＵＩを操作して所定の項目を選択する操作などである。入力部１３３は、例えば、操作において選択された項目について、記憶部１２０に記憶されているデータベースのインデックス情報を参照することなどにより、インデックスを決定する。インデックスは、ｄ次元のインデックス情報であり、上記ＭＤＰＩＲｓの場合と同様である。例えば、ｄ＝２であれば、インデックスは、要素ｉ，ｊの２つを持つインデックス（ｉ，ｊ）となる。

【0052】

生成部１３４は、完全準同型でない準同型の暗号方式を用いて、特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを生成する。

【0053】

具体的には、生成部１３４は、まず、記憶部１２０から、暗号鍵を取得する。次に、生成部１３４は、完全準同型でない準同型暗号であって、暗号文と平文とが１対１に対応する暗号方式を用いて、特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを生成する。本開示において、暗号方式は、ＥＣ－ＥｌＧａｍａｌ暗号を採用する場合を例に説明する。より具体的には、生成部１３４は、例えば、上記ＭＤＰＩＲｓの場合と同様に、暗号化クエリとして、配列｛ｃ_0,k｝及び配列｛ｃ_1,k｝を計算することにより求める。すなわち、Ｅｎｃ（）は、ＥＣ－ＥｌＧａｍａｌ暗号により暗号化するための関数となる。

【0054】

そして、生成部１３４は、送信制御部１３２に、暗号化クエリをサーバ２０に対して送信させる。

【0055】

抽出部１３５は、受信制御部１３１が、サーバ２０から特定のデータ要素を含む暗号化された応答を受信すると、当該応答を復号化することにより、特定のデータ要素を抽出する。

【0056】

具体的には、抽出部１３５は、ＥＣ－ＥｌＧａｍａｌ暗号による暗号化クエリを暗号化した暗号鍵に対する復号鍵を、記憶部１２０から取得する。次に、抽出部１３５は、当該復号鍵を用いて、サーバ２０から受信した応答を復号化することにより、特定のデータ要素を抽出する。

【0057】

出力部１３６は、抽出した特定のデータ要素を出力する。出力部１３６は、例えば、ユーザに、画面に表示するなどの方法により、特定のデータ要素を出力する。

【0058】

＜３．サーバ２０の機能構成＞
図５を用いて、本開示に係るサーバ２０の機能構成について説明する。図４は、サーバ２０の機能構成を示すブロック図である。図４に示すように、サーバ２０は、通信部２１０と、記憶部２２０と、制御部２３０とを含む。

【0059】

通信部２１０は、サーバ２０が外部の装置と通信するための処理を行う。

【0060】

記憶部２２０は、サーバ２０が使用するデータ及びプログラムを記憶する。記憶部１２０は、第１データＤＢ２２１等を記憶する。

【0061】

第１データＤＢ２２１は、複数のデータ要素を保持するデータベースである。第１データＤＢ２２１は、複数のデータ要素を、ｄ次元の配列として予め格納している。なお、複数のデータ要素を、必ずしもｄ次元の配列として格納されている必要はなく、サーバ２０の処理などにおいて、配列化して取り扱うなどにより、ｄ次元の配列として取り扱えればよい。あくまで本開示では、複数のデータ要素は、予めｄ次元の配列として格納されている場合を例に説明する。

【0062】

制御部２３０は、サーバ２０のプロセッサ２１がプログラムに従って処理を行うことにより、受信制御部２３１、送信制御部２３２、取得部２３３、及び生成部２３４に示す機能を発揮する。

【0063】

受信制御部２３１は、サーバ２０が外部の装置（例えば、クライアント端末１０）から通信プロトコルに従って信号を受信する処理を制御する。

【0064】

送信制御部１３２は、サーバ２０が外部の装置（例えば、クライアント端末１０）に対し通信プロトコルに従って信号を送信する処理を制御する。

【0065】

取得部２３３は、クライアント端末１０から、暗号化クエリを取得する。具体的には、取得部２３３は、受信制御部２３１が、クライアント端末１０から暗号化クエリを受信することにより、当該暗号化クエリを取得する。

【0066】

なお、取得部２３３は、第１データＤＢ２２１において、複数のデータ要素がｄ次元の配列となっていない場合、配列化する機能を有していてもよい。

【0067】

生成部２３４は、暗号化クエリを用いて、第１データＤＢ２２１に格納された複数のデータ要素に対して、上記暗号方式における準同型の演算を行うことにより、特定のデータ要素を含む暗号化された応答を生成する。

【0068】

具体的には、生成部２３４は、暗号化クエリを暗号化した状態で、暗号化クエリと、複数のデータ要素とによる所定の演算を行う。生成部２３４は、例えば、上記式（２）を用いて、応答を計算する。ここで、上記式（２）において、演算“○”は、ＥＣ－ＥｌＧａｍａｌ暗号における準同型の演算である加法である。なお、他の暗号方式であれば、当該演算は、乗法であったり、他の演算であったりする。

【0069】

そして、生成部２３４は、送信制御部２３２に、生成した応答をクライアント端末１０に対して送信させる。

【0070】

＜４．動作＞
以下では、クライアント端末１０における処理について図面を参照しながら説明する。

【0071】

＜４．１．クライアント端末１０の情報取得処理＞
図６は、クライアント端末１０による情報取得処理を行う流れの一例を示すフローチャートである。クライアント端末１０は、当該処理を、任意のタイミング（例えば、ユーザによる所定の操作を受け付けたタイミングなど）において実行する。

【0072】

ステップＳ１０１において、入力部１３３は、データベースに格納された複数のデータ要素のうち、特定のデータ要素に関する情報の入力を受け付ける。

【0073】

ステップＳ１０２において、生成部１３４は、記憶部１２０から、暗号鍵を取得する。

【0074】

ステップＳ１０３において、生成部１３４は、完全準同型でない準同型の暗号方式を用いて、特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを生成する。

【0075】

ステップＳ１０４において、生成部１３４は、送信制御部１３２に、暗号化クエリをサーバ２０に対して送信させる。

【0076】

ステップＳ１０５において、受信制御部１３１は、サーバ２０から特定のデータ要素を含む暗号化された応答を受信する。

【0077】

ステップＳ１０６において、抽出部１３５は、暗号鍵に対する復号鍵を、記憶部１２０から取得し、当該応答を復号化することにより、特定のデータ要素を抽出する。

【0078】

ステップＳ１０７において、出力部１３６は、抽出した特定のデータ要素を出力し、処理を終了する。

【0079】

＜４．２．サーバ２０により情報取得処理＞
図７は、サーバ２０による情報取得処理を行う流れの一例を示すフローチャートである。サーバ２０は、当該処理を、クライアント端末１０からクエリを受信すること等により実行する。

【0080】

ステップＳ２０１において、受信制御部２３１は、クライアント端末１０から暗号化クエリを受信する。

【0081】

ステップＳ２０２において、生成部２３４は、暗号化クエリを用いて、第１データＤＢ２２１に格納された複数のデータ要素に対して、上記暗号方式における準同型の演算を行うことにより、特定のデータ要素を含む暗号化された応答を生成する。

【0082】

ステップＳ２０３において、生成部２３４は、送信制御部２３２に、生成した応答をクライアント端末１０に対して送信させ、処理を終了する。

【0083】

＜５．小括＞
以上説明したように、本開示の技術は、クライアント端末と、サーバと、データベースとを含む情報処理システムに関する。当該クライアント端末は、データベースに格納された複数のデータ要素のうち、特定のデータ要素に関する情報を取得し、完全準同型でない準同型の暗号方式を用いて、特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを生成する。当該クライアント端末は、暗号化クエリを、サーバに送信し、当該サーバから、特定のデータ要素を含む暗号化された応答を受信し、当該応答を復号化することにより、特定のデータ要素を抽出する。当該サーバは、クライアント端末から受信した暗号化クエリを用いて、データベースに格納された複数のデータ要素に対して、暗号方式における準同型の演算を行うことにより、応答を生成する。当該サーバは、生成した応答を、クライアント端末に送信する。そして、データベースは、前複数のデータ要素を、多次元配列として格納する。これにより、クライアント端末は、巨大なデータベースに対して安全かつ実用的な時間で所望のデータを取得することができる。

【0084】

また、暗号方式は、暗号文と平文とが１対１で対応するものである。多次元配列を用いるＰＩＲにおいて、完全準同型暗号を用いず、暗号文と平文とが１対１で対応する暗号方式を用いるとことで、暗号文の長さを抑えることができる。

【0085】

また、暗号方式は、例えば、ＥＣ－ＥｌＧａｍａｌ暗号又はＰａｉｌｌｉｅｒ暗号である。コアプロセッサを有する情報処理装置において、高い並列度を実現することができる。特に、ＥＣ－ＥｌＧａｍａｌ暗号のような楕円曲線暗号を用いると、暗号文が平文長の二倍程度のデータ量に抑えることができるため、通信コストを更に抑えることができる。

【0086】

以上、開示に係る実施形態について説明したが、これらはその他の様々な形態で実施することが可能であり、種々の省略、置換及び変更を行なって実施することができる。これらの実施形態及び変形例ならびに省略、置換及び変更を行なったものは、特許請求の範囲の技術的範囲とその均等の範囲に含まれる。

【0087】

また、本開示の技術は、様々な情報検索を用いるシステムに応用することができる。例えば、暗号資産において、昨今ではブロックチェーンを用いてトランザクションなどの管理を行っている。このような秘匿性の高い情報については、サーバ側に特にどのようなデータを検索したかなどを知られたくない場合が多い。このようなブロックチェーンを用いる暗号資産管理システムに、本開示の技術を採用することができる。

【0088】

具体的には、情報処理システム１が、ブロックチェーンを用いる暗号資産管理システムであり、特定のデータ要素は、暗号資産であるとすることができる。暗号資産は、例えば預金、ビットコインなどの残高などである。ブロックチェーンを用いる暗号資産の管理において、本開示の技術を用いることにより、ユーザが暗号資産を参照する際に、サーバを運営するウォレット事業者が、ユーザが参照する暗号資産の内容を参照できないようにすることができる。

【0089】

また、例えば、クライアント端末１０及びサーバ２０の各機能を、他の装置に構成してもよい。例えば、記憶部２２０の第１データＤＢ２２１は、外部のデータベースとして構築してもよい。複数のデータの数が巨大になる場合も想定できるため、第１データＤＢ２２１は、複数のデータベースから構成されていてもよい。また、複数のデータベースは、例えば同一のデータセンターに設置されていても、様々な場所に設置されていてもよい。

【0090】

＜付記＞
以上の各実施形態で説明した事項を、以下に付記する。
（付記１）プロセッサ（１１）を備えるコンピュータ（例えば、クライアント端末１０）と、サーバ（２０）と、複数のデータ要素を、多次元配列として格納しているデータベースとを含む情報処理システムにおいて、前記コンピュータに処理を行わせるプログラムであって、前記プロセッサに、前記データベースに格納された複数のデータ要素のうち、特定のデータ要素に関する情報を取得するステップ（Ｓ１０１）と、完全準同型でない準同型の暗号方式を用いて、前記特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを生成するステップ（Ｓ１０３）と、前記暗号化クエリを、前記サーバに送信するステップ（Ｓ１０４）と、前記サーバから、前記特定のデータ要素を含む暗号化された応答を受信するステップ（Ｓ１０５）と、前記応答を、復号化することにより、前記特定のデータ要素を抽出するステップ（Ｓ１０６）と、を実行させるプログラム。

【0091】

（付記２）プロセッサ（２１）を備えるコンピュータ（例えば、サーバ２０）と、クライアント端末（１０）と、複数のデータ要素を、多次元配列として格納しているデータベースとを含む情報処理システムにおいて、前記コンピュータに処理を行わせるプログラムであって、前記プロセッサに、前記クライアント端末から、完全準同型でない準同型の暗号方式を用いて、前記データベースに格納された複数のデータ要素のうち、特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを受信するステップ（Ｓ２０１）と、前記暗号化クエリを用いて、前記データベースに格納された複数のデータ要素に対して、前記暗号方式における準同型の演算を行うことにより、前記特定のデータ要素を含む暗号化された応答を生成するステップ（Ｓ２０２）と、前記応答を、前記クライアント端末に送信するステップ（Ｓ２０３）と、を実行させるプログラム。

【0092】

（付記３）前記暗号方式は、暗号文と平文とが１対１で対応する、（付記１）又は（付記２）に記載のプログラム。

【0093】

（付記４）前記暗号方式は、ＥＣ－ＥｌＧａｍａｌ暗号である、（付記１）～（付記３）の何れかに記載のプログラム。

【0094】

（付記５）前記情報処理システムは、ブロックチェーンを用いる暗号資産管理システムであり、前記特定のデータ要素は、暗号資産である、（付記１）～（付記４）の何れかに記載のプログラム。

【0095】

（付記６）プロセッサ（１１）を備える情報処理装置（１０）と、サーバ（２０）と、複数のデータ要素を、多次元配列として格納しているデータベースとを含む情報処理システムにおける情報処理装置であって、前記プロセッサが、前記データベースに格納された複数のデータ要素のうち、特定のデータ要素に関する情報を取得するステップ（Ｓ１０１）と、完全準同型でない準同型の暗号方式を用いて、前記特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを生成するステップ（Ｓ１０３）と、前記暗号化クエリを、前記サーバに送信するステップ（Ｓ１０４）と、前記サーバから、前記特定のデータ要素を含む暗号化された応答を受信するステップ（Ｓ１０５）と、前記応答を、復号化することにより、前記特定のデータ要素を抽出するステップ（Ｓ１０６）と、を実行する情報処理装置。

【0096】

（付記７）プロセッサ（２１）を備える情報処理装置（２０）と、クライアント端末（１０）と、複数のデータ要素を、多次元配列として格納しているデータベースとを含む情報処理システムにおける情報処理装置であって、前記プロセッサが、前記クライアント端末から、完全準同型でない準同型の暗号方式を用いて、前記データベースに格納された複数のデータ要素のうち、特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを受信するステップ（Ｓ２０１）と、前記暗号化クエリを用いて、前記データベースに格納された複数のデータ要素に対して、前記暗号方式における準同型の演算を行うことにより、前記特定のデータ要素を含む暗号化された応答を生成するステップ（Ｓ２０２）と、前記応答を、前記クライアント端末に送信するステップ（Ｓ２０３）と、を実行する情報処理装置。

【0097】

（付記８）プロセッサ（１１）を備えるコンピュータ（例えば、クライアント端末１０）と、サーバ（２０）と、複数のデータ要素を多次元配列として格納しているデータベースとを含む情報処理システムにおいて、前記コンピュータが、前記データベースに格納された複数のデータ要素のうち、特定のデータ要素に関する情報を取得するステップ（Ｓ１０１）と、完全準同型でない準同型の暗号方式を用いて、前記特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを生成するステップ（Ｓ１０３）と、前記暗号化クエリを、前記サーバに送信するステップ（Ｓ１０４）と、前記サーバから、前記特定のデータ要素を含む暗号化された応答を受信するステップ（Ｓ１０５）と、前記応答を、復号化することにより、前記特定のデータ要素を抽出するステップ（Ｓ１０６）と、を実行する方法。

【0098】

（付記９）プロセッサ（２１）を備えるコンピュータ（例えば、サーバ２０）と、クライアント端末（１０）と、複数のデータ要素を、多次元配列として格納しているデータベースとを含む情報処理システムにおいて、前記コンピュータが、前記クライアント端末から、完全準同型でない準同型の暗号方式を用いて、前記データベースに格納された複数のデータ要素のうち、特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを受信するステップ（Ｓ２０１）と、前記暗号化クエリを用いて、前記データベースに格納された複数のデータ要素に対して、前記暗号方式における準同型の演算を行うことにより、前記特定のデータ要素を含む暗号化された応答を生成するステップ（Ｓ２０２）と、前記応答を、前記クライアント端末に送信するステップ（Ｓ２０３）と、を実行する方法。

【0099】

（付記１０）クライアント端末（１０）と、サーバ（２０）と、データベースとを含む情報処理システムであって、前記クライアント端末は、前記データベースに格納された複数のデータ要素のうち、特定のデータ要素に関する情報を取得するステップ（Ｓ１０１）と、完全準同型でない準同型の暗号方式を用いて、前記特定のデータ要素を取得するためのクエリを暗号化した暗号化クエリを生成するステップ（Ｓ１０３）と、前記暗号化クエリを、前記サーバに送信するステップ（Ｓ１０４）と、前記サーバから、前記特定のデータ要素を含む暗号化された応答を受信するステップ（Ｓ１０５）と、前記応答を、復号化することにより、前記特定のデータ要素を抽出するステップ（Ｓ１０６）と、を実行し、前記サーバは、前記クライアント端末から、前記暗号化クエリを受信するステップ（Ｓ２０１）と、前記暗号化クエリを用いて、前記データベースに格納された複数のデータ要素に対して、前記暗号方式における準同型の演算を行うことにより、前記応答を生成するステップ（Ｓ２０２）と、前記応答を、前記クライアント端末に送信するステップ（Ｓ２０３）と、を実行し、前記データベースは、前記複数のデータ要素を、多次元配列として格納する、情報処理システム。

【符号の説明】

【0100】

１ ：情報処理システム
１０ ：クライアント端末
１１ ：プロセッサ
１２ ：メモリ
１３ ：ストレージ
１４ ：通信ＩＦ
１５ ：入出力ＩＦ
２０ ：サーバ
２１ ：プロセッサ
２２ ：メモリ
２３ ：ストレージ
２４ ：通信ＩＦ
２５ ：入出力ＩＦ
３０ ：ネットワーク
１１０ ：通信部
１２０ ：記憶部
１３０ ：制御部
１３１ ：受信制御部
１３２ ：送信制御部
１３３ ：入力部
１３４ ：生成部
１３５ ：抽出部
１３６ ：出力部
２１０ ：通信部
２２０ ：記憶部
２２１ ：第１データＤＢ
２３０ ：制御部
２３１ ：受信制御部
２３２ ：送信制御部
２３３ ：取得部
２３４ ：生成部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】