C++实现多方安全计算（MPC）入门教程：从零开始构建隐私保护计算系统

为什么选择C++实现MPC？

C++以其高性能和底层控制能力，成为实现隐私保护计算系统的理想语言。尤其在需要处理大量加密运算和网络通信的MPC场景中，C++能提供更低的延迟和更高的吞吐量。

基础概念准备

在动手编码前，我们需要了解几个关键概念：

• 秘密共享（Secret Sharing）：将一个秘密拆分成多个份额，分发给不同参与方，只有足够多的份额才能还原原秘密。
• 加法同态：在密文上直接进行加法运算，解密后结果等于明文相加。
• 布尔电路：将任意函数转换为由AND、XOR等逻辑门组成的电路，便于MPC协议执行。

实战：用C++实现两方加法MPC

我们以最简单的场景为例：两个参与方A和B，各自有一个私有整数a和b，他们希望在不泄露a和b的情况下，计算出a + b的值。

我们将使用Shamir秘密共享的一个简化版本——加法秘密共享。其核心思想是：A随机生成r，将a拆分为r和a−r；B同样操作。然后双方交换份额并本地相加。

C++代码实现

#include <iostream>#include <random>#include <ctime>// 生成随机数的辅助函数class RandomGenerator {private:    std::mt19937 rng;public:    RandomGenerator() : rng(std::time(nullptr)) {}        long long getRandom(long long min_val, long long max_val) {        std::uniform_int_distribution<long long> dist(min_val, max_val);        return dist(rng);    }};// 参与方类class Party {public:    long long private_input;    long long share1, share2; // 本地份额        void generateShares(long long input, RandomGenerator& rg) {        private_input = input;        share1 = rg.getRandom(0, 1000000); // 随机份额        share2 = input - share1;          // 补足份额    }        long long computeSum(long long other_share) {        return share1 + other_share; // 本地计算部分和    }};int main() {    RandomGenerator rg;        // 初始化两个参与方    Party alice, bob;        // 各自输入私有数据    alice.generateShares(42, rg);   // Alice的私有输入是42    bob.generateShares(18, rg);     // Bob的私有输入是18        // 交换份额（模拟网络通信）    long long alice_sum = alice.computeSum(bob.share1);    long long bob_sum   = bob.computeSum(alice.share1);        // 最终结果：任一方的结果即为 a + b    std::cout << "Alice 计算的部分和: " << alice_sum << std::endl;    std::cout << "Bob 计算的部分和: " << bob_sum << std::endl;    std::cout << "最终结果 (a + b): " << alice_sum << std::endl;        return 0;}

这段代码展示了C++MPC算法的核心思想：通过秘密共享和本地计算，避免直接传输原始数据。注意，真实世界的MPC系统会更复杂，涉及加密、认证、恶意行为防御等机制。

进阶方向

掌握基础后，你可以探索以下方向：

• 使用开源库如MP-SPDZ或EMP-Toolkit构建更复杂的协议
• 实现乘法门（需要Beaver三元组等技术）
• 加入网络通信模块，支持跨机器运行
• 集成椭圆曲线加密提升安全性

总结

通过本教程，你已经掌握了使用C++实现基础安全多方计算教程的关键步骤。虽然我们只实现了加法，但这是理解整个MPC生态的起点。随着对隐私保护计算需求的增长，掌握MPC将成为开发者的重要技能。

提示：实际部署时，请务必使用经过密码学验证的库，不要自行实现核心加密原语。