A Privacy-Preserving Approach to Conformance Checking
Dieser Artikel schlägt einen datenschutzkonformen Konformitätsprüfungsansatz vor, der homomorphe Verschlüsselung und String-Verarbeitungsalgorithmen verwendet, um Diskrepanzen zwischen einem Prozessmodell und einem Ereignisprotokoll sicher zu identifizieren, ohne eines der beiden der anderen Partei preiszugeben, jedoch auf Kosten eines hohen Rechenaufwands und eines hohen Speicherbedarfs.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Das große Ganze: Ein Rezept prüfen, ohne die Zutaten zu sehen
Stellen Sie sich vor, Sie sind ein Kunde, der einen individuellen Kuchen bestellt hat. Sie möchten sicherstellen, dass der Bäcker Ihr spezifisches Rezept (das Prozessmodell) befolgt und dass die Schritte, die er tatsächlich in der Küche unternimmt, mit dem übereinstimmen, was Sie bestellt haben (das Ereignisprotokoll).
Normalerweise müsste der Bäcker Ihnen dazu sein geheimes Rezeptbuch zeigen, und Sie müssten ihm Ihr geheites Bestellformular zeigen. Aber was, wenn der Bäcker befürchtet, dass Sie sein geheimes Rezept stehlen, oder wenn Sie besorgt sind, dass er Ihre geheimen Bestelldetails sieht?
Dieses Papier schlägt eine Möglichkeit vor, zu prüfen, ob der Kuchen korrekt gebacken wird, ohne dass eine der Parteien jemals die geheimen Informationen der anderen sieht.
Das Problem: Datenschutz versus Prüfung
In der Welt der Geschäftssoftware ist „Conformance Checking" (Konformitätsprüfung) der Prozess, bei dem ein geplanter Arbeitsablauf (wie ein Rezept) mit einem Protokoll dessen verglichen wird, was tatsächlich passiert ist (wie ein Küchenprotokoll).
- Das Modell: Der „erwartete" Pfad (das Rezept).
- Das Protokoll: Der „tatsächliche" Pfad (was der Koch tatsächlich getan hat).
Traditionell betrachtet eine dritte Partei (oder der Eigentümer der Daten) beide, um Fehler zu finden. Aber in sensiblen Branchen (wie der Hochtechnologie-Fertigung) möchten Unternehmen ihre geheimen Baupläne nicht teilen, und Kunden möchten ihre privaten Bestelldetails nicht preisgeben.
Die Lösung: Eine „Zauberkiste" und eine „Suchmaschine"
Die Autoren haben ein System entwickelt, das zwei Hauptwerkzeuge nutzt, um dieses Datenschutz-Rätsel zu lösen:
1. Die Zauberkiste (Homomorphe Verschlüsselung)
Stellen Sie sich Homomorphe Verschlüsselung als eine spezielle „Zauberkiste" vor.
- Sie können eine geheime Zahl in die Kiste legen.
- Sie können jemanden bitten, 5 zu dieser Zahl hinzuzufügen, ohne dass diese Person die Kiste öffnet oder die Zahl sieht.
- Sie führen die Mathematik an der „verschlüsselten" Zahl innerhalb der Kiste durch und reichen sie zurück.
- Wenn Sie die Kiste öffnen, ist das Ergebnis die richtige Antwort (Ursprüngliche Zahl + 5).
In diesem Papier legt der „Kunde" (die Person mit dem Ablaufprotokoll) seine Daten in diese Zauberkiste. Der „Server" (der Eigentümer des Modells) führt die Prüfungsrechnung innerhalb der Kiste durch, ohne jemals die tatsächlichen Daten zu sehen.
2. Die Suchmaschine (FM-Index & Zeichenkettenverarbeitung)
Um zu prüfen, ob die Schritte übereinstimmen, verwandelt das System das gesamte Prozessmodell in einen einzigen riesigen Textstring (wie ein Rezept in einen langen Satz verwandelt wird). Daraufhin baut es eine superschnelle Suchmaschine (einen FM-Index) auf diesem Text auf.
Normalerweise lässt eine Suchmaschine Sie ein Wort eingeben und findet sofort, wo es im Text erscheint. Hier nutzt das System diese Suchmaschine, um zu sehen, ob die „Schritte" im Protokoll des Kunden innerhalb der „Schritte" des Textes des Modells existieren.
Wie es funktioniert: Das „Rückwärts-Such"-Spiel
Das Papier beschreibt ein spezifisches Spiel, das zwischen dem Kunden und dem Server gespielt wird, um die Übereinstimmung zu prüfen:
- Vorbereitung: Der Server nimmt sein geheimes Modell, verwandelt es in einen langen Textstring und baut darauf die Suchmaschine (FM-Index). Er hält dies geheim.
- Die Abfrage: Der Kunde hat eine geheime Liste von Schritten (ein Ablaufprotokoll). Er möchte wissen, ob diese Schritte zum Modell passen.
- Die geheime Suche:
- Der Kunde betrachtet seine Liste von Schritten rückwärts (vom letzten Schritt zum ersten).
- Statt den Schritt direkt zu senden, sendet der Kunde eine „gesperrte" Anfrage an den Server.
- Der Server nutzt die Suchmaschine, um nach diesem Schritt im Modell zu suchen.
- Kritisch: Der Server führt diese Mathematik innerhalb der „Zauberkiste" durch. Der Server sieht nur verschlüsselte Zahlen, nicht die tatsächlichen Schrittnamen.
- Der Server sendet das Ergebnis zurück an den Kunden.
- Der Kunde entschlüsselt das Ergebnis, um zu sehen, ob der Schritt gefunden wurde.
- Umgang mit Fehlern (Protokollbewegungen): Wenn ein Schritt in der Liste des Kunden nicht zum Modell passt, erlaubt das System ein „Überspringen" (eine Protokollbewegung). Es ist so, als würde man sagen: „Okay, dieser Schritt war nicht im Rezept, aber schauen wir mal, ob der nächste Schritt passt." Das System merkt sich, wo es vor dem Fehler war, damit es es erneut versuchen kann, ohne dem Server den Fehler zu verraten.
Der Haken: Es ist langsam und schwer
Das Papier gibt zu, dass dies zwar eine brillante Datenschutzlösung ist, aber einen hohen Preis hat: Geschwindigkeit und Speicherbedarf.
- Die Analogie: Stellen Sie sich vor, Sie lösen ein einfaches mathematisches Problem auf einem Blatt Papier. Das dauert eine Sekunde. Stellen Sie sich nun vor, Sie müssen dieses Papier in einen bleiverkleideten Safe legen, es zu einem Freund schicken, dieser muss die Mathematik durch ein dickes Glasfenster durchführen, und es zurücksenden. Das dauert viel länger.
- Das Ergebnis: Die Autoren haben dies mit echten und gefälschten Daten getestet. Sie stellten fest, dass die Prüfung eines Prozesses etwa 1,12 Minuten pro Ablaufprotokoll dauerte. Obwohl es genau ist, ist es viel langsamer als eine Prüfung ohne Verschlüsselung. Die „Zauberkiste" (Verschlüsselung) erfordert viel Rechenleistung und Speicherplatz.
Zusammenfassung der Behauptungen
- Was sie taten: Sie bauten ein System, um zu prüfen, ob ein Prozessprotokoll mit einem Prozessmodell übereinstimmt, ohne dass eine Seite die Daten der anderen sieht.
- Wie sie es taten: Durch die Kombination eines schnellen Textsuchalgorithmus (FM-Index) mit einer „Zauberkiste"-Verschlüsselungsmethode (Homomorphe Verschlüsselung).
- Was sie fanden: Es funktioniert! Man kann sicher nach Abweichungen suchen.
- Die Einschränkung: Es ist derzeit sehr langsam und verbraucht viel Speicher, da die Verschlüsselungsmathematik aufwendig ist. Außerdem behandelt es derzeit nur „Protokollbewegungen" (Überspringen von Schritten im Protokoll) und noch keine „Modellbewegungen" (Überspringen von Schritten im Modell).
Kurz gesagt beweist das Papier, dass man ein geheimes Rezept gegen eine geheime Bestellung prüfen kann, ohne eines von beiden preiszugeben, aber es dauert derzeit lange, die Mathematik durchzuführen.
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