深入浅出隐私计算：技术解析与应用实践
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3.3　应用案例：解决“百万富翁”难题

3.3.1　具体代码实现

首先在C:\ppct\obliv-c\目录下创建3个文件：million.h、million.c、million.oc。

提示

C:\ppct是本书项目代码放置的目录，读者在实践时可根据实际系统修改。

在million.h文件中，我们需要定义隐私输入（即两个富翁的财富值）、输出（即两个富翁中谁更富有）以及隐私计算函数millionaire，具体如代码清单3-16所示。

代码清单3-16　million.h中的代码

typedef struct protocolIO {
  int cmp;         　　　　//隐私计算输出，-1：Alice小于Bob, 0：Alice等于Bob，1：Alice大于Bob
  int mywealth;                                              //隐私计算输入
} protocolIO;
void millionaire(void* args);                                //隐私计算函数

然后在million.oc文件中编写具体的隐私计算函数millionaire，具体如代码清单3-17所示。

代码清单3-17　million.oc中的代码

#include<obliv.oh>
#include"million.h"
void millionaire(void* args) {
  protocolIO *io=args;
  obliv int aliceWealth,bobWealth;
  aliceWealth=feedOblivInt(io->mywealth,1);                //获取隐私输入
  bobWealth=feedOblivInt(io->mywealth,2);
  bool eq,lt;
  revealOblivBool(&eq, aliceWealth==bobWealth, 0);         //首先比较两人是否同样富有
  revealOblivBool(&lt, aliceWealth < bobWealth, 0);        //然后比较是否Bob更富有
  io->cmp=(!eq? lt?-1:1 : 0);                              //最后输出比较结果
}

接下来在million.c文件中进入主函数进行编写，其主要流程为在参与方之间建立网络连接、设置自己的参与方编号、输入自己的财富值、执行混淆电路代码进行财富值比较、输出结果并清理，具体如代码清单3-18所示。

代码清单3-18　million.c中的代码

#include<stdio.h>
#include<obliv.h>
#include"million.h"
int main(int argc,char *argv[]) {
  ProtocolDesc pd;
  protocolIO io;
  const char* remote_host=(strcmp(argv[2], "--")==0?NULL:argv[2]);
  if(!remote_host){
    if(protocolAcceptTcp2P(&pd, argv[1])){                  //Alice等待Bob连接
      fprintf(stderr, "TCP accept failed\n");
      exit(1);
    }
  }
  else{
    if(protocolConnectTcp2P(&pd,remote_host,argv[1])!=0){ //Bob主动连接Alice
      fprintf(stderr,"TCP connect failed\n");
      exit(1);
    }
  }
  setCurrentParty(&pd, remote_host?2:1);         //设置参与方编号，Alice是1，Bob是2
  sscanf(argv[3],"%d",&io.mywealth);             //这里省略输入合法性检验
  execYaoProtocol(&pd,millionaire,&io);          //执行百万富翁财富值比较
  cleanupProtocol(&pd);
  fprintf(stderr,"Result: %d\n",io.cmp);
  return 0;
}

最后创建Makefile文件，修改一下3.2.8节提到的Makefile文件，将其中的privacy Program值修改为million。

利用上面的Docker镜像，通过以下命令运行Alice方实例：

docker network create obliv-c-net
docker run -it --rm --name Alice --network obliv-c-net `
  -v C:\ppct\obliv-c:/root/projects obliv-c
make

提示

上面的代码中因docker run运行的参数较多，为方便阅读，使用“`”进行换行处理。这是Windows的PowerShell环境下将命令拆分成多行的特殊字符。在Windows的CMD环境下，我们则需要改用“^”字符，在Linux环境则需要改用“\”字符。

另外，为了方便Alice和Bob方的两个容器直接使用机器名进行网络通信，特意创建了obliv-c-net网络来通信。在实际应用中，两个参与方一般位于不同的机器，可直接基于IP或者域名进行通信，不需要创建obliv-c-net网络。

编译成功，我们即可看到同目录下生成隐私计算执行文件a.out。使用如下命令运行Bob方实例：

docker run -it --rm --name Bob --network obliv-c-net `
  -v C:\ppct\obliv-c:/root/projects obliv-c

进入Alice方容器执行以下命令，其中，“1234”代表端口号，“--”代表服务方等待对方连接，“8”代表Alice的财富值：

./a.out 1234 -- 8

进入Bob方容器执行以下命令，其中，“1234”代表端口号，“Alice”代表需要连接的对方服务地址，“15”代表Bob的财富值：

./a.out 1234 Alice 15

最后，双方都输出执行结果-1，即Alice财富值小于Bob。

3.3.2　网络抓包及分析

从混淆电路原理可以了解到，相比明文计算，使用混淆电路计算的网络通信次数及通信量会大大增加。这里通过对上面解决“百万富翁”难题的程序进行网络抓包及分析，希望读者对密文计算和明文计算的差异有一个大概的了解。

首先是密文计算下通过tcpdump工具进行网络抓包。进入Bob方容器执行以下命令进行抓包：

tcpdump -XX -vvv tcp port 1234 and host Alice and Bob -w garbled.cap

如图3-4所示，结果显示共抓取到75个报文，输出的garbled.cap文件大小为62 562字节。

057-01

图3-4　密文计算下抓取到的报文

然后在明文计算下执行同样的操作。那么，如何进行明文计算呢？Obliv-C提供execDebugProtocol接口来替代execYaoProtocol接口。该接口可直接进行明文计算，没有采用混淆电路。因此，在上面的million.c文件中直接进行替代，然后重新编译即可。通过以下命令把抓取到的报文输出到plaintxt.cap文件。

tcpdump -XX -vvv tcp port 1234 and host Alice and Bob -w plaintxt.cap

如图3-5所示，结果显示共抓取到11个报文，输出的plaintxt.cap文件大小为990字节。

057-02

图3-5　明文计算下抓取到的报文

考虑到“百万富翁”问题只涉及比较运算，相对简单，我们对上面提到的求向量内积案例（主要涉及乘法和加法）也进行了抓包。在使用execYaoProtocol时，共抓取到361个报文，tcpdump输出文件大小为652 378字节；在使用execDebugProtocol时，共抓取到12个报文，tcpdump输出文件大小为1584字节。由此可见，混淆电路相比明文计算的网络通信次数以及通信量都会大大增加。

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