ISOIEC 4922-12023 信息安全.安全多方计算.第1部分总则标准立项发展报告

信息安全安全多方计算第1部分：总则标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Informationsecurity—Securemultipartycomputation—Part1:General摘要随着大数据、云计算和人工智能技术的迅猛发展，数据已经成为数字经济时代最重要的生产要素之一。然而，数据价值的释放与隐私保护之间的矛盾日益凸显，如何在实现数据共享与协同计算的同时保障数据隐私安全，已成为信息安全领域亟待解决的核心问题。安全多方计算（SecureMultipartyComputation,SMPC）技术作为解决这一难题的关键密码学工具，近年来受到学术界和产业界的广泛关注。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2023年7月正式发布了ISO/IEC4922-1:2023《信息安全安全多方计算第1部分：总则》标准，标志着安全多方计算技术标准化工作取得了里程碑式的进展。本报告对该标准的立项背景、制定过程、主要内容和技术框架进行系统梳理，深入分析其在安全多方计算标准体系中的基础性地位和指导作用，详细阐述该标准所定义的核心概念、参与方角色、安全模型和总体技术要求，并对标准的主要参与编制单位进行介绍。最后，本报告对该标准的应用前景和未来发展趋势进行了展望，认为该标准将为后续系列标准的制定奠定坚实基础，有力推动安全多方计算技术在各行业的规范化应用和产业化发展。关键词：安全多方计算；信息安全；ISO/IEC4922-1；隐私计算；密码学协议；标准化Keywords:SecureMultipartyComputation;InformationSecurity;ISO/IEC4922-1;PrivacyComputing;CryptographicProtocol;Standardization一、引言1.1研究背景进入数字经济时代，数据要素的跨域流通与协同计算需求呈指数级增长。然而，传统的数据共享模式往往需要在数据安全性和计算可用性之间作出取舍：要么将原始数据集中至可信第三方进行处理，面临单点泄露风险；要么完全隔离数据，丧失协同计算的价值。这一矛盾在金融联合风控、医疗健康数据分析、政务数据共享、物联网协同计算等典型应用场景中尤为突出。安全多方计算（SMPC）技术为解决上述难题提供了一种革命性的解决方案。该技术允许多个参与方在不泄露各自私有输入数据的前提下，共同完成某个函数的协同计算，并仅获取约定的计算结果。作为密码学领域的重要分支，安全多方计算自姚期智教授于1982年提出百万富翁问题以来，经过四十余年的理论积淀和技术演进，已从纯粹的学术研究逐步走向工程化应用。近年来，随着同态加密、秘密共享、不经意传输等底层密码工具的不断成熟，以及硬件性能的持续提升，安全多方计算技术已具备在真实业务场景中大规模部署的条件。1.2标准化需求分析尽管安全多方计算技术发展迅速，但长期以来缺乏统一的国际标准进行规范，由此带来了一系列问题。首先，不同厂商和科研机构实现的安全多方计算协议在安全性定义、接口规范、通信协议等方面存在显著差异，导致系统间的互操作性不足，阻碍了技术的规模化应用。其次，由于缺乏统一的安全评估标准和测试验证方法，用户难以对不同实现方案的安全性和性能进行客观比较，增加了选型和应用的风险。再次，安全多方计算涉及复杂的密码学原理和安全假设，缺乏标准化的术语定义和概念框架，导致跨学科、跨领域的沟通交流存在障碍。在此背景下，国际标准化组织ISO/IECJTC1/SC27（信息技术安全技术分技术委员会）适时启动了安全多方计算系列标准的制定工作，其中ISO/IEC4922-1:2023作为该系列标准的首部标准，承担着奠定总体框架和基础概念的重要使命。二、标准制定概述2.1标准基本信息ISO/IEC4922-1:2023《信息安全安全多方计算第1部分：总则》由国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）联合发布，是ISO/IEC4922系列标准的第1部分。该标准于2023年7月21日正式发布，标准状态为现行有效。标准采用英语撰写，由ISO/IECJTC1/SC27（信息技术安全技术分技术委员会）负责制定，具体由SC27/WG2（密码学与安全机制工作组）承担编制工作。2.2标准定位与体系架构ISO/IEC4922系列标准旨在为安全多方计算技术提供系统化的标准化框架。该系列标准按照"总则—机制—测试"的层次化结构进行规划，其中：-第1部分（总则）：确定安全多方计算的基本概念、总体框架和安全模型，为后续各部分提供统一的技术基础和术语体系；-第2部分及后续部分：规定具体的机制要求，包括协议设计、安全属性、实现要求等。这种"总—分"结合的标准架构有助于保持系列标准的一致性和协调性，同时为技术的持续演进和新应用的扩展留有充分空间。三、标准主要内容分析3.1标准适用范围ISO/IEC4922-1:2023规定了安全多方计算的基本概念、参与方角色、计算模型和安全要求。该标准适用于以下场景：-多个参与方需要在保护各自私有数据隐私的前提下进行协同计算；-参与方之间不存在完全互信的关系，需要防止恶意行为对计算过程和结果的影响；-需要对安全多方计算系统的安全性进行评估和验证。标准特别说明了其适用范围涵盖但不限于分布式数据挖掘、隐私保护机器学习、联合统计分析、电子投票、区块链隐私保护等典型应用场景。3.2核心概念与术语体系标准系统定义了安全多方计算领域的核心术语和概念，主要包括：（1）安全多方计算（SecureMultipartyComputation,SMPC）：多个参与方分别持有私有输入，通过交互式协议共同计算一个约定的函数，计算结束后各方仅获得约定的输出结果，而无法获知其他参与方的私有输入信息的计算范式。（2）参与方（Party）：参与安全多方计算协议执行的实体，可以是个人、组织或系统。根据角色不同，参与方可分为输入方（提供私有数据的参与方）、计算方（执行协议计算任务的参与方）和输出方（获得计算结果的参与方），同一实体可同时承担多种角色。（3）诚实但好奇模型（Honest-but-CuriousModel）：也被称为半诚实模型，假设所有参与方都会按照协议规定正确执行计算步骤，但会尝试从协议执行过程中获取的中间信息推测其他参与方的私有输入。（4）恶意模型（MaliciousModel）：允许参与方以任意方式偏离协议规定，包括篡改输入、中断协议、拒绝响应等恶意行为，安全多方计算协议需要在存在此类恶意行为的情况下仍然保证计算结果的正确性和隐私性。（5）安全参数（SecurityParameter）：控制协议安全级别的参数，通常以比特长度表示，安全参数的取值直接影响协议的计算开销和通信开销。3.3安全多方计算的基本模型标准将安全多方计算的抽象模型定义为以下形式：设有n个参与方P₁，P₂，…，Pₙ，每个参与方Pi持有私有输入xi，各方希望通过协同计算得到函数f(x₁，x₂，…，xₙ)=(y₁，y₂，…，yₙ)的输出结果，其中yi为参与方Pi获得的输出。安全多方计算协议需要满足以下核心安全要求：（1）正确性（Correctness）：协议执行结束后，每个诚实参与方获得的输出结果必须与按照约定函数计算得到的结果一致，即协议输出的正确性得到保证。（2）隐私性（Privacy）：除协议规定的输出外，任何参与方或敌手不能获取其他参与方的私有输入信息。形式化地说，参与方在协议执行过程中获得的全部信息（包括中间计算结果和通信内容）不应泄露超出其输入和输出所能推导的信息。（3）输入独立性（InputIndependence）：参与方不能根据其他参与方的输入信息改变自己的输入选择，即各参与方的输入在协议开始前已确定，且不受协议执行过程中获取信息的影响。（4）公平性（Fairness）：所有参与方要么都获得最终计算结果，要么都不获得。如果存在敌手可以单方面获取输出而阻止其他参与方获取输出的情况，则协议的公平性受到破坏。需要指出的是，公平性并非所有安全多方计算协议的强制要求，具体取决于应用场景的安全需求。3.4安全假设与威胁模型标准明确规定了安全多方计算协议设计所依赖的各种安全假设条件，包括：（1）计算性安全与信息论安全：计算性安全假设敌手仅具有多项式时间计算能力，安全性依赖于特定数学问题的计算复杂性假设；信息论安全则不依赖任何计算复杂性假设，即使敌手具有无限计算能力，协议仍然安全。标准对两类安全模型的适用场景进行了区分和说明。（2）敌手模型分类：标准根据敌手的攻击能力和行为特征，将敌手分为半诚实敌手（被动敌手）和恶意敌手（主动敌手），并根据敌手合谋数量限制区分为静态敌手和自适应敌手。标准对不同敌手模型下的安全性要求进行了规范性描述。（3）通信信道的安全假设：标准考虑了安全信道模型和不安全信道模型两种通信假设。在安全信道模型中，假设参与方之间的通信内容不会被第三方窃听或篡改；在不安全信道模型中，协议需要通过密码学手段自行实现通信的机密性和完整性保护。3.5关键技术机制标准对安全多方计算的典型技术实现路径进行了梳理和描述：（1）基于秘密共享（SecretSharing）的方案：利用秘密共享技术将各参与方的私有输入拆分为多个份额并分发至其他参与方，各方基于份额执行协议计算。该方案通常适用于算术电路和布尔电路的计算场景，是当前应用最广泛的SMPC实现方式之一。（2）基于混淆电路（GarbledCircuit）的方案：将待计算的函数转换为布尔电路，由一方生成经过加密混淆处理的电路，其他参与方通过不经意传输协议获取与自身输入对应的电路输入标签，从而实现安全计算。该方案适用于两方计算场景，具有较高的计算效率。（3）基于同态加密（HomomorphicEncryption）的方案：利用支持在密文上进行特定运算的同态加密算法，参与方在加密状态下完成数据计算，计算结果解密后即为最终输出。该方案在通信效率上具有优势，但计算开销相对较高。（4）基于不经意传输（ObliviousTransfer）的方案：作为其他协议的基础构建模块，不经意传输协议允许发送方在不知道接收方具体选择的情况下，向接收方传输多条消息中的一条。该技术是混淆电路等方案中的关键组件。四、主要参与制定单位介绍4.1ISO/IECJTC1/SC27/WG2工作组ISO/IEC4922-1:2023标准的制定主要由ISO/IECJTC1/SC27/WG2（密码学与安全机制工作组）承担。SC27是国际标准化组织与国际电工委员会联合设立的信息技术安全技术分技术委员会，成立于1990年，秘书处由德国国家标准机构DIN承担。SC27负责信息安全领域国际标准的制定与维护工作，下设多个工作组，其中WG2专门负责密码学与安全机制的标准化研究。WG2工作组汇集了来自全球各成员体的信息安全专家，包括学术机构的研究人员、企业的安全技术专家以及政府机构的政策制定者。工作组的通常工作模式为：通过各国国家委员会提出标准提案，经过多轮征求意见、召开国际编辑会议（通常每年2—3次面对面会议以及多次网络会议）讨论修改、各成员国投票表决等程序，最终形成国际标准正式发布。参与该标准制定的主要国家成员体包括中国、美国、德国、英国、法国、日本、韩国、俄罗斯等，体现了安全多方计算标准制定的广泛国际代表性。其中，中国在该标准的制定过程中发挥了积极的建设性作用，依托国内密码学领域的深厚积累和隐私计算产业的丰富实践经验，为标准文本的完善和关键技术条款的确定作出了重要贡献。4.2主要贡献单位——中国电子技术标准化研究院中国电子技术标准化研究院（CESI）作为中国在该标准制定中的核心支撑单位，深度参与了标准草案的讨论、技术方案论证和文本修订等各阶段工作，为ISO/IEC4922-1:2023的顺利发布作出了重要贡献。中国电子技术标准化研究院（简称"电子标准院"）创建于1963年，是工业和信息化部直属的事业单位，也是国家从事电子信息技术领域标准化工作的权威专业机构。该院长期承担全国信息安全标准化技术委员会（TC260）秘书处工作，在国际标准化工作中具有丰富的经验和深厚的技术积累。在安全多方计算标准化工作中，该院依托国家信息安全标准化工作的整体布局，组织国内相关产学研用单位系统梳理了SMPC技术的研究进展和产业需求，形成了具有中国特色的标准化提案。在标准制定过程中，该院专家团队在安全模型的形式化定义、参与方角色的精确划分、安全属性的层次化描述等关键技术上提出了多项建设性建议，有力推动了标准制定进程。此外，国内其他重要参与力量还包括中国密码学会、中国科学院信息工程研究所、中国信息通信研究院等单位，以及蚂蚁集团、华控清交、微众银行等隐私计算领域的代表性企业，形成了产学研用协同推进的标准化工作格局。五、标准的特点与创新5.1系统性框架设计ISO/IEC4922-1:2023作为安全多方计算系列标准的总则部分，采用了系统的框架设计思路。标准不局限于某一具体的技术实现方案，而是从抽象层次构建了涵盖概念模型、安全模型、威胁模型、技术分类在内的完整框架体系，为后续具体机制的标准化工作提供了统一的逻辑起点。5.2技术中立性标准在描述安全多方计算的技术机制时，刻意保持了技术中立性。标准不偏向或推荐任何特定的技术实现方案，而是对不同类别的技术方案（秘密共享方案、混淆电路方案、同态加密方案等）进行了客观和全面的描述。这一设计确保了标准能够适应技术发展的动态变化，不会因某项具体技术的淘汰而失去效力。5.3安全性描述的规范性标准在安全多方计算的安全性描述方面进行了规范化处理。通过建立形式化的安全模型，标准对正确性、隐私性、输入独立性、公平性等安全属性给出了明确的定义和描述框架，使得安全多方计算系统的安全性评估有据可依、有章可循。5.4应用导向的适用性标准在制定过程中充分考虑了行业应用需求，对安全多方计算的典型应用场景进行了针对性的分析。标准的适用范围覆盖了多个垂直行业领域，为不同应用场景下的安全多方计算系统设计、开发和评估提供了明确指引。六、标准的意义与应用价值6.1对技术发展的促进作用ISO/IEC4922-1:2023的发布为安全多方计算技术的规范化发展提供了重要的标准依据。通过统一术语定义、明确技术框架和规范安全模型，该标准有效降低了技术交流与合作的门槛，促进了学术界与产业界的协同创新。标准的发布也将为后序系列标准的研制奠定基础，推动形成完善的安全多方计算标准体系。6.2对产业应用的推动价值从产业应用角度而言，该标准的发布具有多重积极意义。首先，为安全多方计算产品的研发和评测提供了统一的技术依据，有助于建立公平、透明的市场环境。其次，通过标准化接口和安全要求的统一，有助于解决不同安全多方计算系统之间的互联互通问题，降低用户在多供应商环境下的集成成本和迁移成本。再次，标准化也为安全多方计算技术在金融、医疗、政务等对安全性要求严格的行业的推广应用提供了合规性支撑。6.3对国际标准化格局的影响该标准的发布填补了安全多方计算领域国际标准的空白，为全球范围内安全多方计算技术的规范应用提供了统一遵循。作为ISO/IECJTC1/SC27框架下的重要标准成果，该标准在协调各国安全多方计算标准制定方向、凝聚国际共识方面发挥了重要作用。七、结论与展望7.1主要结论ISO/IEC4922-1:2023《信息安全安全多方计算第1部分：总则》的发布是安全多方计算技术发展史上的重要里程碑。该标准系统定义了安全多方计算的核心概念和术语体系，明确规范了安全多方计算的总体架构、参与方角色、安全模型和威胁模型，全面梳理了当前主要的技术实现方案及其适用场景。标准的发布不仅填补了安全多方计算领域国际标准的空白，更为全球范围内安全多方计算技术研究、产品开发和应用部署提供了统一的技术基准和规范指引。该标准的突出贡献在于构建了一个兼具理论严谨性和工程适用性的框架体系：在理论层面，标准对安全多方计算的安全性进行了系统性的形式化描述，为安全性的精确评估奠定了基础；在工程层面，标准保持了技术中立性和应用导向性，为不同技术路线、不同应用场景的安全多方计算实现提供了统一的规范框架。7.2未来展望展望未来，安全多方计算的标准化工作仍面临诸多挑战和发展机遇。随着ISO/IEC4922-1:2023的发布，安全多方计算系列标准的后续工作将持续推进。一方面，第2部分等具体机制和安全要求的制定工作将在此基础上深入开展，形成更加完善的标准体系；另一方面，针对特定应用场景的行业标准和测评标准的研制也在推进之中。从技术发展趋势来看，安全多方计算与同态加密、可信执行环境（TEE）、联邦