PhD / Department of Mathematics and Applied Mathematics

安全多方計算是資訊安全研究裡的一個重要主題，其概念為多方在不洩漏各自私有資訊下能一起完成某種函式的計算。在安全多方計算研究領域裡，有一種作法是以scalar product來當作計算的基礎演算邏輯單元，重而建構其他更複雜的安全多方計算。本論文首先針對scalar product發展一套平行性實作架構，藉此我們再實作出多個不同演算法之comparison計算，其中包含了循序演算法以及平行演算法。我們透過實驗來找出適當的平行計算基礎架構與影響執行時間效能的主要因子，並以執行時間效能上的分析來推導相關時間公式。由上述實證研究我們對於不同演算法之comparison計算來作執行時間效能的預測，從實驗結果可以得知我們推導出來之時間公式極為準確，希望能給予使用者在執行comparison計算有所考量，使其在不同執行環境執行comparison計算能有最佳的執行時間效能。 / Loosely speaking, secure multi-party computation (SMC) involves computing functions with inputs from two or more parties in a distributed network while ensuring that no additional information, other than what can be inferred from each participant’s input and output, is revealed to parties not privy to that information. This thesis concerns the parallel implementation of SMC using a scalar-product (SP) based approach. In this approach, SP is considered as the basic building block for constructing more complex SMC. My thesis first develops a concurrent architecture for implementing two-party scalar product computation. Then it implements several algorithms of secure comparison. Finally, a series of experiments are conducted to collect performance statistics for building time functions that can predict the execution time of comparison computation based on that of the scalar product and other parameters, such as CPU core numbers. From the experimental results, we find that these time functions are very accurate. Hence we argue that these time functions can assist users to obtain the better runtime performance for comparison protocols under their specific execution environments.

Les modèles intégrables sont des modèles physiques pour lesquels certaines quantités peuvent être calculées de manière exacte, sans recours aux méthodes de perturbations. Ces modèles très particuliers suscitent un intérêt croissant en physique théorique. Les applications directes en physique de la matière condensée et les liens subtils plus récemment mis en évidence avec certaines théories de jauge supersymétriques ont motivé depuis des décennies l’élaboration d’outils mathématiques complexes. Parmi eux, l’ansatz de Bethe a joué un rôle central, et permis la diagonalisation de nombreux modèles de natures très différentes. Le premier chapitre de cette thèse est consacré à une introduction aux deux approches de l’ansatz de Bethe, dites ”en coordonnée” et ”algébrique”, dans le cadre de la chaîne de spin de Heisenberg et d’un modèle stochastique généralisant à un spin continu le modèle du Totally Asymmetric Simple Exclusion Process. Le deuxième chapitre de cette thèse présente l’ansatz algébrique modifié pour la chaîne XXX périodique. Cet ansatz modifié est proposé pour résoudre le cas de la chaîne ouverte, pour laquelle l’ansatz classique n’est plus efficace. Le produit scalaire des états de Bethe modifiés ainsi obtenus est étudié. Le troisième chapitre concerne la résolution de l’identité, et le problème fonctionnel inverse. Une expression pour les états de spin en terme des états de Bethe est présentée pour le q-TASEP, et une expression de la résolution de l’identité en terme des états de Bethe pour la chaîne de spin XXZ infinie est démontrée, faisant intervenir dans les deux cas la contribution des états liés. Enfin, le quatrième chapitre concerne les représentions en déterminant dans l’ansatz de Bethe. Une expression pour les éléments de matrice de l’opérateur Nombre de Particule pour le gaz de Bose avec interaction delta en terme d’un déterminent est démontrée, et des représentations intégrales pour les déterminants d’Izergin-Korepin et de Slavnov sont investiguées, établissant ainsi un nouveau lien formel direct entre ces deux représentations en déterminant. / Integrable models are physical models for which some quantities can be exactly obtained, without use of perturbation theory. Those very special models are source of an increasing interest in theoretical physics. The direct applications in condensed matter physics and the subtle links evidenced more recently with some supersymmetric gauges theories motivated the development of complex mathematical tools. Among these, Bethe ansatz played an important role, and provides an efficient approach for diagonalizing a lot of models of various nature. The first chapter of this thesis is devoted to the introduction to the two approaches of the Bethe ansatz, said “coordinate” and “algebraic”, in the context of the XXX Heisenberg spin chain and a continuous spin generalization of the Totally Asymmetric Simple Exclusion Process, the so called Zero-range Chipping model with factorized steady state (ZCM). The second chapter is devoted to the Modified Algebraic Bethe Ansatz in the context of the periodic XXX chain. This modified ansatz is proposed for solving the spectral problem of the open spin chain, for which the usual ansatz fails. The scalar product of the obtained modified Bethe states is studied. The third chapter concerns the resolution of the identity and the inverse functional problem. An expression for the spin states in terms of Bethe states est presented for the ZCM, and an expression for the resolution of the identity in term of Bethe states for the infinite XXZ chain is proved, involving in both cases the contribution of bound states. At last, the fourth chapter concerns determinant representations in the Bethe ansatz. An expression for the “matrix elements of the particle number operator” for the delta-Bose gas in terms of a determinant is proved, and some integral representations for the Izergin-Korepin and Slavnov determinants are investigated, then establishing a new formal link between these two determinant representations.

Wir schlagen einen allgemein anwendbaren Algorithmus vor, der unter Verwendung des Skalarprodukts von Kraft und Weg zum richtigen Vorzeichen in den Gleichungen für die Arbeit und die Potentielle Energie bei reversiblen Prozessen (Druck-Volumen-Änderung, Dehnung, Elektrostatische Wechselwirkung, Hub)führt. Wir zeigen, dass es dabei möglich ist, systemimmanente oder externe Kräfte zu benutzen. Wir zeigen, dass bei Verwendung von systemimmanenten Kräften das Skalarprodukt mit negativem Vorzeichen anzusetzen ist. Zudem ist es sehr wichtig, nötige Vorzeichenwechsel bei den einzelnen Schritten zu beachten. Wir betonen dies, weil gelegentlich übersehen wird, dass ein Vorzeichenwechsel nötig ist, wenn das Wegdifferential ds durch das Höhendifferential dh beziehungsweise durch das Abstandsdifferential dx oder dr ersetzt werden muss.

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