论文2016/319

卫星碰撞概率的高精度安全计算

布雷特·海门威（Brett Hemenway）、史蒂夫·卢（Steve Lu）、拉斐尔·奥斯特罗夫斯基（Rafail Ostrovsky）和威廉·韦尔泽四世（William Welser IV）

摘要

设计、建造、发射和维护卫星的成本使卫星运营商极有动机保护其在轨资产。不幸的是，隐私问题严重阻碍了不同运营商之间的协调。提高安全性的一个障碍是，运营商将其卫星的轨道视为私人信息，并拒绝与其他运营商共享这些私人信息。如果没有数据共享，防止卫星之间的碰撞将成为一项具有挑战性的任务。兰德公司（RAND Corporation）2014年的一份报告建议使用安全多方计算（MPC）领域的加密工具，允许卫星运营商计算碰撞概率（合流分析），而无需共享有关其卫星轨道的私人信息。在这项工作中，我们报告了一个强大的新MPC框架的设计和实现，该框架用于在两方环境中对实值变量进行高精度运算，与以前的工作不同，在这种环境中，没有诚实多数，并且参与者不被假定为半诚实。我们将展示如何将此新解决方案应用于安全计算关联分析领域。我们的解决方案扩展了现有的协议，特别是基于整数的Goldreich-Micali-Widderson（GMW）协议，通过该协议，我们将GMW与Garbled Circuits（GC）结合并优化。我们仅假设存在单向函数和不经意传输（OT-hybrid模型），在双方半诚实环境下证明了协议的安全性。该协议允许两个卫星运营商计算其卫星碰撞的概率，而无需共享其潜在的私人轨道信息。本文开发的技术可能会对一般安全数值分析计算产生广泛影响。我们还展示了如何使用标准算术消息-身份验证码（MAC）加强我们的构建，以在半诚实设置之外强制实施诚实行为。计算合取分析需要对复杂二重积分进行高精度的数值估计。计算的复杂性和数值不稳定性的可能性给MPC协议带来了许多挑战，MPC协议通常将计算建模为简单（整数）算术或二进制电路。我们的安全数值积分例程非常稳定高效，并且我们的安全连接分析协议只需几分钟就可以在普通笔记本电脑上运行。