2.5 基于Python的安全計(jì)算庫

前面介紹了聯(lián)邦學(xué)習(xí)中常見的安全機(jī)制及實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，這些安全機(jī)制并非聯(lián)邦學(xué)習(xí)所特有，它們各自在密碼學(xué)領(lǐng)域中已經(jīng)被廣泛研究和使用，因此，當(dāng)前也有很多開源的實(shí)現(xiàn)方案可供使用。本節(jié)簡要介紹一些常用的基于Python實(shí)現(xiàn)的安全計(jì)算庫。

Python開源程序包pycrypto提供了常用的加/解密算法的實(shí)現(xiàn)^[2]，不僅包括AES、DES、RSA、ElGamal等常用算法，還包括常用的散列函數(shù)（例如SHA256和RIPEMD160等）。特別地，Python開源程序包pycryptodome是pycrypto項(xiàng)目的一個(gè)分支（fork），提供了更加豐富的加/解密算法的實(shí)現(xiàn)，包括秘密共享算法^[15]。在pycryptodome包里，對(duì)計(jì)算量大的操作還提供了高效的C語言擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)前聯(lián)邦學(xué)習(xí)系統(tǒng)里最常用的隱私保護(hù)機(jī)制是同態(tài)加密。開源的Python-Paillier程序包提供了支持部分同態(tài)加密（例如加法和標(biāo)量乘法同態(tài)加密）的Python 3實(shí)現(xiàn)^[16]。Python-Paillier程序包主要是實(shí)現(xiàn)了基于Paillier算法的加法和標(biāo)量乘法同態(tài)加密算法，支持對(duì)浮點(diǎn)數(shù)的加密運(yùn)算。

差分隱私的主要實(shí)現(xiàn)機(jī)制是在輸入或輸出上加入隨機(jī)化的噪聲（數(shù)據(jù)），例如拉普拉斯噪聲、高斯噪聲、指數(shù)噪聲^[201]等。開源的Python程序包differential-privacy提供了常用的差分隱私方法的實(shí)現(xiàn)^[7]。IBM公司提供的開源程序包diffprivlib是另外一個(gè)常用的Python差分隱私程序庫^[175]。

開源的MPyC程序包提供了基于Python的安全多方計(jì)算的實(shí)現(xiàn)^[14]。MPyC程序包主要提供了基于有限域上的閾值秘密共享，即使用Shamir的門限閾值密碼共享方案以及偽隨機(jī)秘密共享^[253]。

常用的基于Python的安全計(jì)算程序包還有散列算法、ECC（Elliptic Curve cryptography）加密算法、ECDSA（Elliptic Curve Digital Signature Algorithm）加密算法和eth-keys秘鑰生成算法等^[17]。