隱私計算實訓營學習五：隱語PSI介紹及開發指南互聯網開發及應用

一、引言：當隱私計算遇見互聯網開發

在數據價值日益凸顯的今天，如何在保障數據隱私和安全的前提下，實現跨機構、跨平臺的數據協作與價值挖掘，已成為互聯網行業發展的關鍵瓶頸。隱私計算技術，特別是隱私集合求交（Private Set Intersection, PSI），為解決這一難題提供了強大的技術工具。作為隱私計算領域的明星應用，PSI允許兩個或多個參與方在不泄露各自原始數據集的前提下，計算得出它們共同擁有的數據交集。隱語框架作為國內領先的隱私計算開源平臺，其內置的PSI模塊為互聯網開發者提供了高效、安全、易用的實現方案。

二、隱語PSI核心技術介紹

隱語框架中的PSI實現，綜合運用了多種密碼學前沿技術，在性能、安全性與易用性之間取得了良好平衡。

基礎原理與協議：

基于公鑰密碼學的PSI：早期方案利用公鑰加密的同態性或盲化技術，安全性高但計算和通信開銷較大。

基于不經意傳輸（OT）的PSI：這是當前高性能PSI的主流范式。隱語優化實現的OT擴展技術，能將大量耗時的公鑰操作轉換為高效的基本OT和對稱加密操作，極大地提升了效率，使其能夠處理億級甚至十億級的數據規模。

基于布隆過濾器（BF）或哈希的PSI：適用于對隱私要求相對寬松或需要極高性能的場景，通過數據哈希化和過濾器的交互來近似或精確計算交集。

隱語PSI的核心特性：

高安全性：支持半誠實安全模型，確保任何一方都無法獲取超出協議規定（即最終交集）以外的對方數據信息。

高性能與可擴展性：通過算法優化、并行計算和通信壓縮，能夠應對海量數據的求交需求。

多功能性：不僅支持基本的交集計算，還擴展支持帶關聯數據的PSI（例如，在找到共同用戶ID的獲取己方關聯的用戶畫像數據），以及不平衡PSI（雙方數據量差異巨大時的優化方案）。

易用性與可集成性：提供Python為主的友好API，封裝了復雜的分布式通信和密碼學協議細節，開發者可以像調用普通函數一樣使用PSI能力。

三、隱語PSI開發指南

在互聯網應用開發中集成隱語PSI，通常遵循以下步驟：

1. 環境搭建與安裝：
`bash
# 推薦使用conda或venv創建虛擬環境

pip install -U secretflow
# 驗證安裝

python -c "import secretflow as sf; print(sf.version)"
`

2. 核心API與編程模型：
隱語采用多方安全計算（MPC） 的編程范式。開發者需要先定義一個虛擬的“集群”，明確參與方的角色（如alice, bob）。

`python
import secretflow as sf
# 初始化仿真環境（生產環境需配置真實網絡）

sf.init(['alice', 'bob'], address='local')
alice = sf.PYU('alice') # 參與方Alice的計算設備
bob = sf.PYU('bob') # 參與方Bob的計算設備

# 各方加載自己的數據（示例）

import pandas as pd
dfalice = pd.DataFrame({'id': [1,2,3,4,5], 'featurea': [...]})
dfbob = pd.DataFrame({'id': [3,4,5,6,7], 'featureb': [...]})

# 將數據放置到各自的“設備”上

vdfalice = alice(lambda df: df)(dfalice)
vdfbob = bob(lambda df: df)(dfbob)
`

3. 執行PSI計算：
`python
from secretflow.security.aggregation import PSIAggregator

# 1. 基礎PSI（僅求交ID）

psi_agg = PSIAggregator(alice, bob)
# 求交，結果以各方視角的索引形式返回

idsalice, idsbob = psiagg.on(['id'], [vdfalice, vdf_bob])
# 各方根據索引取出自己的交集數據

intersectionalice = alice(lambda df, idx: df.iloc[idx])(vdfalice, idsalice)
# ... bob同理

# 2. 帶關聯數據的PSI（求交后同時獲取己方其他列）

通過`reveal_to`參數指定結果返回給誰（如都返回給alice，或各自返回）

result = psiagg.on(
[['id'], ['id']], # 雙方用于求交的鍵
[vdfalice, vdfbob],
revealto='alice', # 結果只揭示給alice
broadcast_result=True # alice可以將結果（如交集ID列表）分享給bob
)
# 此時result在alice端，包含了交集的完整信息（來自雙方的數據）