zk-SPARQL: SPARQLクエリに対して検証とプライバシ保護が可能な結果を返すパーソナルRDFデータストア

zk-SPARQL: SPARQLクエリに対して
検証とプライバシ保護が可能な結果を返す
パーソナルRDFデータストア
山本暖 / 須賀祐治 (IIJ)
佐古和恵 (早稲田大学)
2023-01-25 @ SCIS2023 (2B1-2)

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概要
1
◼ 以下の特徴をもつ個人用RDFデータストアを構成
⚫ Linked Data型のVerifiable Credentialsを格納可能
⚫ W3C標準クエリ言語SPARQLを使ったクエリが可能
⚫ クエリ結果は検証可能 (BBS+署名)
⚫ クエリ結果は検証に必要な情報のみを含む (ゼロ知識証明)

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Verifiable Credentials
2
◼ 暗号学的に安全で、プライバシーを尊重し、機械的な検証が可能な
デジタルクレデンシャルを表現するための仕組み
◼ W3C勧告: Verifiable Credentials Data Model (v1.1, March 2022)

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3
Holder Verifier
Issuer

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4
Holder Verifier
Issuer
Verifiable Credential (VC)
⚫氏名: John Smith
⚫生年月日: 1980-01-01
⚫Issuerの署名

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5
Holder Verifier
Issuer
Verifiable Credential (VC) Verifiable Presentation (VP)
⚫生年月日: 1980-01-01
⚫Issuerの署名

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6
Holder Verifier
Issuer
Verifiable Credential (VC) Verifiable Presentation (VP)
⚫生年月日: 1980-01-01
⚫Issuerの署名
◼ 例: IATA Travel Pass / Microsoft Entra Verified ID /
SMART Health Cards (ワクチン接種証明書)

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VCの実現方式
7
JWT型のVC
例: SMART Health Cards
(ワクチン接種証明書)
データ形式: JSON
証明形式: JWT
署名方式: RSA, ECDSA, EdDSA, ...

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VCの実現方式
8
JWT型のVC
✓ シンプルで実装しやすい
✓ 多くの実利用が存在
 全属性の開示が必要 (SD-JWTなら選択的開示可)
 Holderの行動がリンク可能
(署名値がsuper cookieになる)
証明形式: JWT

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VCの実現方式
9
JWT型のVC
✓ シンプルで実装しやすい
✓ 多くの実利用が存在
 全属性の開示が必要 (SD-JWTなら選択的開示可)
 Holderの行動がリンク可能
(署名値がsuper cookieになる)
Linked Data型のVC
(特に[YSS22])
証明形式: JWT
 比較的複雑
 実利用は少なく、仕様も未完成
✓ 属性の選択的開示が可能
✓ Holderの行動はリンク不可能
✓ VCの結合(グラフ化)が可能
データ形式: JSON-LD
証明形式: Data Integrity
署名方式: BBS+
{ZK}
[YSS22] D. Yamamoto, Y. Suga, and K. Sako, “Formalising linked-data based verifiable credentials for selective disclosure,” in 2022 IEEE
European Symposium on Security and Privacy Workshops (EuroS&PW), 2022, pp. 52–65.

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Linked Data型VCの例 [YSS22]
10
政府
検疫所
xyz: Person
name = John Smith
credentialSubject
e#1 : Vaccination
date = 2022-04-04
lotNo = 4444444
isPatientOf
cvx#207
: Vaccine
vaccine
vc#1: VerifiableCredential
issuer = 政府; proof = 署名値
個人
VC
メタデータ
や署名
接種した人接種情報
接種した
ワクチン

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xyz: Person
name = John Smith
credentialSubject
e#1 : Vaccination
date = 2022-04-04
lotNo = 4444444
isPatientOf
cvx#207
: Vaccine
vaccine
11
VC1
政府
検疫所
個人
2022年4月以降に当局認可済ワクチンを
接種していたら、その接種日を教えてください

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xyz: Person
name = John Smith
credentialSubject
e#1 : Vaccination
date = 2022-04-04
lotNo = 4444444
isPatientOf
cvx#207
: Vaccine
vaccine
12
VC1
政府
検疫所
個人
認可済かどうか
分からない！
cvx#207

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xyz: Person
name = John Smith
credentialSubject
e#1 : Vaccination
date = 2022-04-04
lotNo = 4444444
isPatientOf
cvx#207
: Vaccine
vaccine
13
VC1
VC2
issuer = 提供者; proof = ...
cvx#207: Vaccine
name = Spikevax
manufacturer = Moderna
status = 認可済
credentialSubject
ワクチン
情報
提供者
ワクチン
仕様VC
ダウンロード
政府
検疫所
個人
分からない！
cvx#207

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xyz: Person
name = John Smith
credentialSubject
e#1 : Vaccination
date = 2022-04-04
lotNo = 4444444
isPatientOf
cvx#207
: Vaccine
vaccine
14
VC1
VC2
cvx#207: Vaccine
name = Spikevax
status = 認可済
credentialSubject
ワクチン
情報
提供者
ワクチン
仕様VC
ダウンロード
政府
検疫所
個人
分からない！
cvx#207
Linked Data として
結合・グラフ化

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Linked Data として
結合・グラフ化
xyz: Person
name = John Smith
credentialSubject
e#1 : Vaccination
date = 2022-04-04
lotNo = 4444444
isPatientOf
cvx#207
: Vaccine
vaccine
15
VC1
VC2
cvx#207: Vaccine
name = Spikevax
status = 認可済
credentialSubject
政府
検疫所
個人ワクチン
情報
提供者

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xyz: Person
name = John Smith
credentialSubject
e#1 : Vaccination
date = 2022-04-04
lotNo = 4444444
isPatientOf
cvx#207
: Vaccine
vaccine
16
VC1
VC2
cvx#207: Vaccine
name = Spikevax
status = 認可済
credentialSubject
政府
検疫所
個人
***
**************** ****************
*** *** 𝑋 ***
*** 𝑋 ***
****************
****************
***
***
選択的開示
(一部の属性を秘匿)
ワクチン
情報
提供者

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xyz: Person
name = John Smith
credentialSubject
e#1 : Vaccination
date = 2022-04-04
lotNo = 4444444
isPatientOf
cvx#207
: Vaccine
vaccine
17
VC1
VC2
cvx#207: Vaccine
name = Spikevax
status = 認可済
credentialSubject
政府
検疫所
個人
***
**************** ****************
*** *** 𝑋 ***
*** 𝑋 ***
****************
****************
***
***
NIZK
選択的開示
リンク不可能
(署名の知識証明)
ワクチン
情報
提供者

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xyz: Person
name = John Smith
credentialSubject
e#1 : Vaccination
date = 2022-04-04
lotNo = 4444444
isPatientOf
cvx#207
: Vaccine
vaccine
18
VC1
VC2
cvx#207: Vaccine
name = Spikevax
status = 認可済
credentialSubject
政府
検疫所
個人
***
**************** ****************
*** *** 𝑋 ***
*** 𝑋 ***
****************
****************
***
***
NIZK
選択的開示
リンク不可能
(署名の知識証明)
VP
ワクチン
情報
提供者
私(匿名)は2022年4月4日に、
当局認可済ワクチン(匿名)を接種しました
2022-04-04
認可済

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課題: Verifierによる要求の表現
19
Verifier
(検疫所)
2022年4月以降に当局認可済ワクチンを接種していたら
その接種日を教えてください
Holder
(個人)
政府署名値
[YSS22]で実現

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20
Verifier
(検疫所)
Holder
(個人)
政府署名値
どのように
表現する？
[YSS22]で実現

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21
Verifier
(検疫所)
Holder
(個人)
政府署名値
どのように
表現する？
?: Person ?
date > 2022-03-31
isPatientOf vaccine ?
status = 認可済
グラフパターン
で表現したい
[YSS22]で実現

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22
◼ 既存手法 (DIFのPresentation Exchange, W3CのVerifiable Presentation Request):
VC単位・ツリー単位のクエリしか表現できず、
上のようなグラフパターンを使った要求が実現できない
Verifier
(検疫所)
?: Person ?
date > 2022-03-31
status = 認可済
で表現したい

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23
◼ 既存手法 (DIFのPresentation Exchange, W3CのVerifiable Presentation Request):
VC単位・ツリー単位のクエリしか表現できず、
上のようなグラフパターンを使った要求が実現できない
◼ 提案: RDFグラフに対するクエリ言語 SPARQL (W3C勧告) を使って
Verifier の要求を表現する
Verifier
(検疫所)
?: Person ?
date > 2022-03-31
status = 認可済
で表現したい

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RDF (Resource Description Framework)
24
vc#1 a VerifiableCredential
vc#1 issuer 政府
vc#1 proof 署名値など
vc#1 credentialSubject xyz
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
RDFグラフ
ラベル付き有向グラフを
3つ組の集合として
表現したもの
xyz: Person
name = John Smith
credentialSubject
e#1 : Vaccination
date = 2022-04-04
isPatientOf cvx#207: Vaccine
vaccine
主語述語目的語

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SPARQL
25
Verifier
?: Person ?
date > 2022-03-31
status = 認可済
SELECT ?date WHERE { # 以下を満たす ?date を返せ
?s a Person . # ?s は人
?s isPatientOf ?ev . # ?s は医療行為 ?ev の対象患者
?ev date ?date . # ?ev は ?date に実施
?ev vaccine ?vac . # ?ev ではワクチン ?vac を使用
?vac status 認可済 . # ?vac は認可済
FILTER ( ?date > "2022-03-31" ) # ?date は2022年3月31日以降
}
SPARQL
クエリ

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SPARQL
26
SELECT ?date WHERE {
?s a Person .
?s isPatientOf ?ev .
?ev date ?date .
?ev vaccine ?vac .
?vac status 認可済 .
FILTER ( ?date > "2022-03-31" )
}
vc#1 proof VC1の署名値など
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
vc#2 credentialSubject cvx#207
cvx#207 name Spikevax
cvx#207 status 認可済
... ... ...
RDFデータストア
SPARQLクエリ
s ev date vac
SPARQLソリューション
VC1
(ワクチン
接種証明書)
VC2
(ワクチン
仕様書)

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SPARQL
27
?s a Person .
?ev date ?date .
?ev vaccine ?vac .
FILTER ( ?date > "2022-03-31" )
}
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
SPARQLクエリ
s ev date vac
VC1
(ワクチン
接種証明書)
VC2
(ワクチン
仕様書)

View Slide

SPARQL
28
?s a Person .
?ev date ?date .
?ev vaccine ?vac .
FILTER ( ?date > "2022-03-31" )
}
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
SPARQLクエリ
s ev date vac
VC1
(ワクチン
接種証明書)
VC2
(ワクチン
仕様書)

View Slide

SPARQL
29
?s a Person .
?ev date ?date .
?ev vaccine ?vac .
FILTER ( ?date > "2022-03-31" )
}
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
SPARQLクエリ
s ev date vac
xyz
VC1
(ワクチン
接種証明書)
VC2
(ワクチン
仕様書)

View Slide

SPARQL
30
?s a Person .
?ev date ?date .
?ev vaccine ?vac .
FILTER ( ?date > "2022-03-31" )
}
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
SPARQLクエリ
s ev date vac
xyz
VC1
(ワクチン
接種証明書)
VC2
(ワクチン
仕様書)

View Slide

SPARQL
31
?s a Person .
?ev date ?date .
?ev vaccine ?vac .
FILTER ( ?date > "2022-03-31" )
}
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
SPARQLクエリ
s ev date vac
xyz
VC1
(ワクチン
接種証明書)
VC2
(ワクチン
仕様書)

View Slide

SPARQL
32
?s a Person .
?ev date ?date .
?ev vaccine ?vac .
FILTER ( ?date > "2022-03-31" )
}
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
SPARQLクエリ
s ev date vac
xyz e#1
VC1
(ワクチン
接種証明書)
VC2
(ワクチン
仕様書)

View Slide

SPARQL
33
?s a Person .
?ev date ?date .
?ev vaccine ?vac .
FILTER ( ?date > "2022-03-31" )
}
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
SPARQLクエリ
s ev date vac
xyz e#1 2022-04-04 cvx#207
VC1
(ワクチン
接種証明書)
VC2
(ワクチン
仕様書)

View Slide

SPARQL
34
?s a Person .
?ev date ?date .
?ev vaccine ?vac .
FILTER ( ?date > "2022-03-31" )
}
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
SPARQLクエリ
s ev date vac
xyz e#1 2022-04-04 cvx#207
xyz v#1 2022-01-01 cvx#208
VC1
(ワクチン
接種証明書)
VC2
(ワクチン
仕様書)

View Slide

SPARQL
35
?s a Person .
?ev date ?date .
?ev vaccine ?vac .
FILTER ( ?date > "2022-03-31" )
}
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
SPARQLクエリ
s ev date vac
xyz e#1 2022-04-04 cvx#207
xyz v#1 2022-01-01 cvx#208
VC1
(ワクチン
接種証明書)
VC2
(ワクチン
仕様書)

View Slide

SPARQL
36
?s a Person .
?ev date ?date .
?ev vaccine ?vac .
FILTER ( ?date > "2022-03-31" )
}
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
SPARQLクエリ
s ev date vac
xyz e#1 2022-04-04 cvx#207
xyz v#1 2022-01-01 cvx#208
VC1
(ワクチン
接種証明書)
VC2
(ワクチン
仕様書)

View Slide

SPARQL
37
?s a Person .
?ev date ?date .
?ev vaccine ?vac .
FILTER ( ?date > "2022-03-31" )
}
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
SPARQLクエリ
s ev date vac
xyz e#1 2022-04-04 cvx#207
xyz v#1 2022-01-01 cvx#208
VC1
(ワクチン
接種証明書)
VC2
(ワクチン
仕様書)
date
2022-04-04
クエリ結果

View Slide

SPARQL
38
?s a Person .
?ev date ?date .
?ev vaccine ?vac .
FILTER ( ?date > "2022-03-31" )
}
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
SPARQLクエリ
s ev date vac
xyz e#1 2022-04-04 cvx#207
xyz v#1 2022-01-01 cvx#208
VC1
(ワクチン
接種証明書)
VC2
(ワクチン
仕様書)
date
2022-04-04
クエリ結果
検証できない

View Slide

SPARQL
39
?s a Person .
?ev date ?date .
?ev vaccine ?vac .
FILTER ( ?date > "2022-03-31" )
}
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
SPARQLクエリ
s ev date vac
xyz e#1 2022-04-04 cvx#207
xyz v#1 2022-01-01 cvx#208
VC1
(ワクチン
接種証明書)
VC2
(ワクチン
仕様書)
クエリ結果
+ 署名
date vc
2022-04-04 VC1,2

View Slide

SPARQL
40
?s a Person .
?ev date ?date .
?ev vaccine ?vac .
FILTER ( ?date > "2022-03-31" )
}
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
SPARQLクエリ
s ev date vac
xyz e#1 2022-04-04 cvx#207
xyz v#1 2022-01-01 cvx#208
VC1
(ワクチン
接種証明書)
VC2
(ワクチン
仕様書)
クエリ結果
+ 署名
date vc
2022-04-04 VC1,2
検証できるが
全属性が開示
されてしまう

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zk-SPARQL
41
?s a Person .
?ev date ?date .
?ev vaccine ?vac .
FILTER ( ?date > "2022-03-31" )
}
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
SPARQLクエリ
s ev date vac
xyz e#1 2022-04-04 cvx#207
xyz v#1 2022-01-01 cvx#208
VC1
(ワクチン
接種証明書)
VC2
(ワクチン
仕様書)
クエリ結果
date vp
2022-04-04 VP
選択的開示、
ゼロ知識証明
([YSS22]同様)

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zk-SPARQL
42
?s a Person .
?ev date ?date .
?ev vaccine ?vac .
FILTER ( ?date > "2022-03-31" )
}
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
SPARQLクエリ
s ev date vac
xyz e#1 2022-04-04 cvx#207
xyz v#1 2022-01-01 cvx#208
提示すべきVCと
開示すべき属性
を特定
クエリ結果
date vp
2022-04-04 VP

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zk-SPARQL
43
?s a Person .
?ev date ?date .
?ev vaccine ?vac .
FILTER ( ?date > "2022-03-31" )
}
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
SPARQLクエリ
s ev date vac
xyz e#1 2022-04-04 cvx#207
xyz v#1 2022-01-01 cvx#208
を特定
クエリ結果
date vp
2022-04-04 VP

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zk-SPARQL
44
?s a Person .
?ev date ?date .
?ev vaccine ?vac .
FILTER ( ?date > "2022-03-31" )
}
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
SPARQLクエリ
s ev date vac
xyz e#1 2022-04-04 cvx#207
xyz v#1 2022-01-01 cvx#208
を特定
クエリ結果
date vp
2022-04-04 VP
作りたいVP
X_1 proof VC1の署名値など
X_1 credentialSubject X_2
X_2 a Person
--- --- ---
X_2 isPatientOf X_3
X_3 date 2022-04-04
X_3 vaccine X_4
X_5 proof VC2の署名値など
--- --- ---
X_4 status 認可済

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zk-SPARQL
45
vc#1 proof VC1の署名値 𝜎1
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
Issuerによって発行されたVC
X_1 proof NIZK 𝜋1
X_2 a Person
--- --- ---
X_2 isPatientOf X_3
X_3 date 2022-04-04
X_3 vaccine X_4
--- --- ---
Verifierに返したいVP

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zk-SPARQL
46
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
X_2 a Person
--- --- ---
X_2 isPatientOf X_3
X_3 date 2022-04-04
X_3 vaccine X_4
--- --- ---
𝑚1,1 𝑚1,2
𝑚1,3
𝑚1,4 𝑚1,5
𝑚1,6
…

View Slide

zk-SPARQL
47
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
X_2 a Person
--- --- ---
X_2 isPatientOf X_3
X_3 date 2022-04-04
X_3 vaccine X_4
--- --- ---
𝜎1
← BBS. sign 𝑠𝑘1
, 𝑚1,𝑖 𝑖
𝑚1,1 𝑚1,2
𝑚1,3
𝑚1,4 𝑚1,5
𝑚1,6
…
Issuerによる署名生成

View Slide

zk-SPARQL
48
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
X_2 a Person
--- --- ---
X_2 isPatientOf X_3
X_3 date 2022-04-04
X_3 vaccine X_4
--- --- ---
𝜎1
, 𝑚1,𝑖 𝑖
𝑚1,1 𝑚1,2
𝑚1,3
𝑚1,4 𝑚1,5
𝑚1,6
𝑚2,1
𝑚2,2 𝑚2,3
𝑚2,4
𝜎2
, 𝑚2,𝑖 𝑖
𝑚2,5
𝑚2,6
…
…
Issuerによる署名生成

View Slide

zk-SPARQL
49
xyz a Person
xyz name John Smith
xyz isPatientOf e#1
e#1 date 2022-04-04
e#1 vaccine cvx#207
... ... ...
X_2 a Person
--- --- ---
X_2 isPatientOf X_3
X_3 date 2022-04-04
X_3 vaccine X_4
--- --- ---
𝜎1
, 𝑚1,𝑖 𝑖 𝜋 ← NIZK
𝑚1,𝑖 𝑖∉𝑅1
, 𝑚2,𝑖 𝑖∉𝑅2
, 𝜎1
, 𝜎2
:
BBS. verify 𝑝𝑘1
, 𝑚1,𝑖 𝑖
, 𝜎1
∧
BBS. verify 𝑝𝑘2
, 𝑚2,𝑖 𝑖
, 𝜎2
𝑚1,1 𝑚1,2
𝑚1,3
𝑚1,4 𝑚1,5
𝑚1,6
𝑚2,1
𝑚2,2 𝑚2,3
𝑚2,4
𝜎2
, 𝑚2,𝑖 𝑖
𝑚2,5
𝑚2,6
…
…
Issuerによる署名生成 Holderによる
ゼロ知識証明

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構成の概要
50
Holder
Verifier
Issuer
VC
クエリ結果
+VP
VC
保存
SPARQL
パース
VP
生成
標準的な
RDF
データストア
zk-SPARQL
クエリ
拡大
SPARQL
クエリ
拡大
ソリューション
各VCを区別
するための
ラベル付け
クエリの条件を満たす
RDFトリプルと
それらを含むVCを特定
要求された属性のみ
を選択的開示
既存のデータストア
を利用可能

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プロトタイプ
51
{ "type": "VerifiablePresentation",
"verifiableCredential": [ {
"id": ".../vc#1",
"type": "VerifiableCredential",
"issuer": "did:example:issuer1",
"credentialSubject": {
"id": "anoni:RyMyF0",
"type": "Person",
"isPatientOf": {
"id": "anoni:2wtQku",
"vaccinationDate": {
"@value": "2022-04-04T00:00:00Z"
},
"vaccine": { "id": "anoni:5kKKS7" }
}
}
}, {
"id": ".../vc#2",
"type": "VerifiableCredential",
"issuer": "did:example:issuer2",
"credentialSubject": {
"id": "anoni:5kKKS7",
"status": "active" }}]}
クエリ
回答 VP
https://github.com/
zkp-ld/veanpods

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まとめと今後の課題
52
◼ まとめ
⚫ Linked Data型のVerifiable Credentialsを格納でき、
SPARQL(のサブセット)によるクエリが可能で、
クエリの結果は暗号学的に検証可能であり、
かつクエリ結果には検証に必要な最小限の情報のみが含まれるような、
パーソナルRDFデータストアの構成案を示した
◼ 今後の課題
⚫ 安全性の定式化と構成の安全性証明
⚫ SPARQLの機能制限の解除
⚫ FILTERのゼロ知識証明
⚫ FILTER ( ?date > "2022-03-31" )
が成り立つことを date を隠したまま示す (zk-SNARKやBulletproofs等で)
⚫ SPARQL以外の言語対応 (GraphQL, GQL, Cypher, ...)
⚫ RDFデータの検索可能暗号化

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Appendix

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zk-SPARQLとSPARQL
54
◼ zk-SPARQL = W3C SPARQL仕様に対して拡張と制限を加えたもの
◼ 拡張: クエリ結果にVerifiable Presentationを追加
⚫SPARQL 1.1 Query Results JSON Format仕様のVariable Binding
Resultsを拡張し、Verifiable Presentationを格納するための特別な変数
`vp` を追加
⚫同仕様のBoolean Resultsを拡張し、ASKクエリの結果にVerifiable
Presentationを格納するための`vp`を追加
◼ 制限: SPARQLに対して以下の制限を課している (現状)
⚫クエリ形式はSELECT, ASKのみ
⚫複数のグラフ・パターンは使えない
⚫FILTERが含む変数はすべてSELECT句で開示対象となっていること
⚫OPTIONAL, UNION, NOT EXISTS, MINUS, プロパティパス, ... は利用不可

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関連研究
55
◼ IntegriDB[ZKP15], vSQL[ZGK+17], OutsourcedSPARQL[M19]
⚫リレーショナルデータベースに対するSQLクエリ結果、RDFストアに対する
SPARQLクエリ結果を検証可能にする
⚫目的はデータベース処理のアウトソース (クエリ実行者≒データ所有者)
⚫クエリ実行者(Verifier)に対してデータを秘匿・最小化する動機がない
◼ Solid[SMH+16], SolidVC[E19]
⚫SPARQLでクエリ可能なLinked Data / VCのデータベース
⚫選択的開示機能やリンク不可能性は考慮されていない
[ZKP15] Y. Zhang, J. Katz, and C. Papamanthou, “Integridb: Verifiable sql for outsourced databases,” in Proceedings of the 22nd ACM SIGSAC Conference on Computer and
Communications Security, ser. CCS ’15. New York, NY, USA: Association for Computing Machinery, 2015, p. 1480–1491.
[ZGK+17] Y. Zhang, D. Genkin, J. Katz, D. Papadopoulos, and C. Papamanthou, “vSQL: Verifying arbitrary SQL queries over dynamic outsourced databases,” in 2017 IEEE
Symposium on Security and Privacy. IEEE Computer Society Press, May 2017, pp. 863–880.
[M19] S. Morel, “Computational integrity for outsourced execution of sparql queries,” Master’s thesis, Ghent University, 2019.
[SMH+16] A. V. Sambra, E. Mansour, S. Hawke, M. Zereba, N. Greco, A. Ghanem, D. Zagidulin, A. Aboulnaga, and T. Berners-Lee, “Solid: a platform for decentralized social
applications based on linked data,” MIT CSAIL & Qatar Computing Research Institute, Tech. Rep., 2016.
[E19] K. Y. Ezike, “SolidVC: a decentralized framework for verifiable credentials on the web,” Master’s thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2019.

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Structure
56
RDF store
zk-SPARQL
processor
SPARQL UI
for owner
BBS+ signatures
for RDF
bulletproofs,
zk-SNARKs, ...
secure storage
SPARQL UI
for consumer
store-binding
consumer
authorization
= YASGUI
use
SPARQL.js
use
quadstore
based on
jsonld-signatures-bbs
Data Consumer Data Source
Veanpods
owner

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@zkp-ld
関連実装
57
◼ @zkp-ld/jsonld-signatures-bbs
◼ @zkp-ld/bls12381-key-pair
◼ @zkp-ld/bbs-signatures
Implementations (published on Github and npm)
◼ a playground for developers
◼ you can sign & verify LD-based credential
and show & verify presentations on browser
◼ with Selective Disclosure, Unlinkability,
and (partially implemented) Range Proof
ZKP-LD Playground
jsonld-bbs-signatures (TS)
bbs-signatures (TS + Rust) bls12381-key-pair (TS)
zkp-ld-playground (React/TS)
@mattrglobal
fork

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関連実装の詳細
@zkp-ld
jsonld-bbs-signatures
(TS)
bbs-signatures
(TS + Rust)
bbs
(Rust)
bls12381-key-pair
(TS)
zkp-ld-playground
(React/TS)
@mattrglobal
fork
bulletproofs_amcl
(Rust)
MIRACL (旧 Apache Milagro
Cryptographic Library)
(Rust, C++)
Hyperledger
ursa
fork
pairing-plus (algorand)
(Rust)
(different implementations for the same BLS12-381 curve)
Application
BBS+ frontend
BBS+ backend
+ Bulletproofs
Pairing-Friendly
Curves
58

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zk-SPARQL: SPARQLクエリに対して検証とプライバシ保護が可能な結果を返すパーソナルRDFデータストア

zk-SPARQL: SPARQLクエリに対して検証とプライバシ保護が可能な結果を返すパーソナルRDFデータストア

Dan Yamamoto

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