安全多方计算(MPC)从入门到精通:JUGO-IDE及SDK

简介:在上一节《安全多方计算(MPC)从入门到精通:Frutta语言》中,已经介绍了Frutta语言语法相关的内容,在本节中,我们将介绍JUGO-IDE及SDK。

 

1.什么是JUGO-IDE

 

  JUGO-IDE是JUGO技术产品面向开发者提供的用来编写MPC算法的开发工具,结合Frutta谷歌浏览器插件,开发者无需搭建任何环境就可以快速编写、编译、运行和发布算法。

 

  通过使用JUGO-IDE,开发者可使用Frutta语言编写算法,并通过JUGO-IDE编译成可在JUGO技术产品上执行的电路文件和java模板文件。https://jugo.juzix.net/ide/

 

2.支持语言

 

  Frutta语言。

 

  Frutta作为类C的高级语言,可以将编写的计算逻辑在JUGO-IDE生成电路文件和java模板文件,并在JUGO技术产品中执行计算。                                                 https://jugo.juzix.net/api_document/frutta/frutta.html

 

3开发环境

 

  操作系统windows(后续支持linux),chrome浏览器(需先安装Frutta谷歌浏览器插件)

 

  第一步,请点击下载Frutta谷歌浏览器插件的安装包https://jugo.juzix.net/file/PLUGIN.tar.gz,并在本地解压。

 

  第二步,在Chrome浏览器地址栏输入chrome://extensions/,启用开发者模式,然后点击按钮“加载已解压的扩展程序”,选择插件所在的文件夹即可。

 

  注意:由于该插件暂未上传Google插件商店,所以只能以开发者模式运行。打开chrome://extensions/,如下图示开启开发者模式。由于是以开发者模式运行该插件的,Chrome浏览器会弹出“请停用以开发者模式运行的扩展程序”的提示,此时点击“取消”才可以继续使用Frutta谷歌浏览器插件。 

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一、界面

1.启动页

1)JUGO-IDE启动页默认包含一个欢迎页和一个算法工程,开发者可根据需要进行增删。

2)开发者在未登录JUGO技术产品的情况下首次进入JUGO-IDE启动页的时候,即会自动弹出登录弹窗,提供了登录、忘记密码、注册等功能入口。开发者登录后才可以使用JUGO-IDE提供的访问算法库、发布算法的功能。当然,开发者也可以点击“暂不登录”关闭该登录弹窗继续使用MPC-IDE,不会对工程编译等功能造成影响。

3)JUGO-IDE启动时,编辑区默认打开JUGO-IDE欢迎页,该页面中提供了JUGO-IDE、Frutta、JUGO技术产品、MPC的简单介绍和详情页面链接,开发者可以点击“详情”去往详情页面进行深入了解。

 

 

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2.菜单栏

1)文件管理

  功能描述:提供“新建工程、新建文件、导入本地文件、导出到本地、保存当前文件、保存所有文件、删除当前文件”等功能。

  操作示例:

  • 新建工程:点击头部“工具栏文件--新建工程”,会弹窗创建算法工程弹窗,开发者输入算法名称后,即在当前文件管理器中新建一个算法工程。安全多方计算(MPC)从入门到精通:JUGO-IDE及SDK_第3张图片算法工程目录结构:
  • libraries: 引用的算法存放目录;
  • bin: 当前算法工程编译成功生成的java模板文件的存放目录;
  • Include: 算法工程头文件存放目录;
  • Resource: 算法工程源文件存放目录;
  • main.wir: 当前算法工程入口文件

  注意:当前算法工程的编译入口文件为“main.wir”。 如果选中其它文件点击编译,JUGO-IDE会自动定位到当前选中文件所属的算法工程,并编译该算法工程中的“main.wir”。如果需要编译其它文件,需要在“main.wir”中引入该文件后再点击“编译”。

  • 新建文件:点击头部“工具栏文件--新建文件”,即在当前工程目录下新建一个Untitled1.wir文件,并自动在编辑区打开。

  功能限制:IDE当前文件系统中至少有一个工程。

  • 导入本地文件:点击头部工具栏“文件--导入本地文件”,选择某一文件后该文件即被导入进JUGO-IDE文件管理器,并自动在编辑区打开。

  功能限制:IDE当前文件系统中至少有一个工程。

  • 导出到本地:点击头部工具栏“文件--导出到本地”,会将IDE中当前选中的文件或文件夹导出到本地,文件夹的格式为“文件夹名”.rar,文件的格式和当前选中的文件在IDE中的格式保持一致。

  功能限制:需要在IDE中选中文件或文件夹。

  • 保存/全部保存:点击头部工具栏“文件--保存”,会保存当前文件;点击头部工具栏“文件--全部保存”,会保存文件管理器中的所有文件;

  功能限制:当前窗口中有需要保存的文件

  • 删除:点击头部工具栏“文件--删除”,会删除当前编辑区窗口打开的文件;

  功能限制:当前有选中的文件

2)编辑操作

  功能描述:提供对当前文件“撤销、恢复、复制、剪切、粘贴、查找、替换、格 式化、在文件中查找、在文件中替换”等常规功能。

  操作示例:

  在文件中查找/替换:点击头部工具栏“编辑--在文件中查找/替换”,左侧边栏会弹出搜索窗口,实现全局关键字的查找/替换功能。

  功能限制:当前编辑区窗口中有打开的文件

3)帮助

  功能描述:提供对操作员的帮助文档。

  操作示例:

  • 欢迎使用:点击头部工具栏“帮助--欢迎使用”,即会回到JIDE的欢迎页面,该页面中提供了JIDE的简介及使用的大致流程。
  • 帮助文档:点击头部工具栏“帮助--帮助文档”,即会跳转到JUGO技术产品的文档中心,文档中心中包含了比较详细的开发流程。 

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3.工具栏

1)文件管理

  功能描述:控制文件管理器的展开或收起。

  操作步骤:文件管理器窗口默认展开,点击左侧工具栏“文件管理”控制文件管理器窗口的展开与收起

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2)全局搜索

  功能描述:提供全局的搜索、替换功能。

  操作步骤:

  第一步:点击左侧工具栏“搜索”按钮,调出全局搜索功能窗口;

  第二步:输入关键字即可即时出现搜索结果,关键字支持区分字母大小写、全字匹配、正则表达式;

  第三步:点击搜索结果自动跳转到当前文件;

  第四步:替换操作支持单个替换和全部替换,输入替换内容后,可以选择单个替换和全部替换;

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3)运行算法

  功能描述:对进行编译成功的电路文件进行测试运行。

  操作步骤:

       第一步:点击左侧工具栏“运行”按钮,调出运行算法面板;

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  第二步:如果当前选中的工程没有编译成功,则提示没有数据;

  第三步:如果当前选中的工程已经编译成功,则可输入输入项运行该算法;

  第四步:运行成功,则会在输出栏提示运行成功并输入运行结果;

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  第五步:运行成功后,即可看到运行结果,格式如“name:value”,”name”即为当前运行的算法代码中的输出变量的名称,”value”为算法代码中输出变量的值。

4)算法库

  功能描述:所有已上传到算法中心的算法,都可在算法库中调用,点击图标进入算法库页面。

  操作步骤:

  注意:进入算法库需要用户已登录,未登录状态则需要进行登录。

  第一步:点击左侧工具栏“算法库 ”按钮,调出算法库面板;算法列表中展示每一个算法的名称、简介和发布者,支持关键字搜索算法;

  第二步:点击某一个算法,即跳往该算法的详情界面,开发者可以了解到算法更多的信息,并提供了下载该算法的功能入口。

  功能限制:需要开发者登录之后才能访问,如果开发者未登录,IDE会自动弹出登录弹窗提示开发者登录。

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3.编辑区

1)语法检查

  功能描述:对当前编辑的文件执行“保存”或者“编译”的操作时,会进行语法检查,错误的地方有红色叉号标识,鼠标悬浮在该行文字上时会显示具体的错误信息。

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2)查找/替换

  功能描述:输入关键字进行查找/替换,支持区分字母大小写、全字匹配、正则表达式。搜索结果支持上一个、下一个定位操作,替换操作支持单个替换和当前编辑区文件全部替换操作。

3)多个窗口展示

  功能描述:编辑区打开文件过多时,隐藏的部分文件可在右侧“更多文件”入口打开。

  操作步骤:点击右侧更多文件“...”标识,即可调出文件列表,其中加黑显示的是已经在编辑区显示的文件,灰色显示的是隐藏的文件;

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4)窗口右键操作

  功能描述:提供“关闭、关闭其他、关闭右侧、关闭未更改、关闭所有”功能。

  操作步骤:选中某一文件名,单击右键即可调出右键操作菜单。

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5)文件状态标识

  功能描述:每个文件名称左侧出现红色小圆点图标,则表示该文件更改后尚未保存;出现绿色小圆点图标,则表示该文件已保存。

二、快捷键

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三、编写流程

1.文件格式

1) 输入文件格式

  JUGO-IDE目前支持所有格式文件的编辑,但是编译功能仅限于.wir格式的文件。

2) 输出文件格式

  在JUGO-IDE中对一个.wir格式的文件进行编译将生成一个.gc格式的电路文件和一个.java格式的java模板文件;.gc文件可通过“导出”按钮导出到本地,.java文件放置于工程“bin”目录,可通过菜单栏或者工具栏中“导出到本地”功能导出到本地,.java文件可在java-sdk中使用。。

2.自动补全

  功能描述:JUGO-IDE编辑区在输入过程中即时显示自动补全提示。

3.编程

  功能描述:JUGO-IDE编辑区提供查找、替换、代码格式化、字体放大、字体缩小、撤销、恢复等常用功能。

  流程:编辑--保存--编译

  错误类型反馈:

1)开发者在执行保存操作时,如果代码中有语法错误,错误的地方行号处有红色叉号标识,鼠标悬浮在该行文字上时会显示具体的错误信息。

2)开发者在执行编译操作时,如果编译出错,IDE输出区域会有红色的错误信息输出,点击错误信息,编辑区会自动打开当前发生错误的文件。

  措施:开发者在执行保存或者编译时如果有错误信息提示,需要重新编辑文件纠错后再执行保存或者编译操作。

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4.运行

  功能描述:JUGO-IDE编辑区提供“查找、替换、代码格式化、字体放大、字体缩小、撤销、恢复”等常用功能。

  流程:当前工程编译成功后执行运行

  错误类型反馈:

1)当前项目没有编译成功

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  措施:开发者需要先对当前工程进行编译,编译成功后才能运行算法。

2)无效参数

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  措施:当前项目编译成功后运行的时候,会对输入参数进行类型和范围校验,存在不合法的参数时无法点击“运行”按钮。

5.发布

  功能限制:

1)需要开发者登录。

2)当前项目编译成功并通过了运行测试。

  用途:开发者可将已通过运行测试的算法发布到JUGO技术产品的算法库中,算法库是JUGO技术产品的算法仓库,开发者使用JUGO-IDE发布的算法会生成一个唯一的算法ID,通过这个算法ID可以下载该算法,并通过JUGO-SDK使用该算法。

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6.算法库

  功能限制:需要开发者登录。

  用途:开发者可以访问到JUGO技术产品的算法中心的所有算法。算法列表中展示每一个算法的名称、简介和发布者,支持关键字搜索算法;点击某一个算法,即跳往该算法的详情界面,开发者可以了解到算法更多的信息,并提供了下载该算法的功能入口。

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7.导出

功能描述:开发者可以通过导出功能将JUGO-IDE中当前选中的文件或文件夹导出到本地,文件夹的格式为“文件夹名”.rar,文件的格式和当前选中的文件在IDE中的格式保持一致。

1.什么是JUGO-SDK

  JUGO-SDK是JUGO技术产品面向开发者提供的安全多方计算应用开发工具包。

  开发者通过使用JUGO-SDK与其他JUGO技术产品,可以高效快速的开发MPC(安全多方计算)应用。每个集成了SDK的应用将作为计算节点接入到计算网络中。应用调用SDK可以实现安全多方计算以满足业务需求。

  此文档面向开发者介绍如何使用JUGO-SDK及其相关注意事项。同时,阅读此文档的开发者需要具备分布式系统中间件(Ice)的基础知识——JUGO-SDK使用RPC协议进行数据传输,使用了Ice中的Glacier2进行防火墙穿透。

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2.编程语言&开发环境

  支持语言:JAVA语言。

  JDK版本:JDK1.8。

  开发工具:推荐使用 IntelliJ IDEA。

  开发环境:操作系统window/linux,ICE-3.6

3.调试&运行环境

  调试环境:由于MPC算法库目前仅支持.so动态库(Linux平台运行),所以开发阶段部分功能可在window上进行调试,完整的计算流程需要在Linux环境上进行。

  运行环境:目前仅支持运行在Linux环境,推荐:CentOS Linux release 7.2.1511 (Core)。

  电路文件:后缀格式规定为:.gc

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三、API详情

1.创建电路实例

  接口:YourCircuitWrapper circuit=new YourCircuitWrapper();

  注意:电路文件包装类,仅可实例化一次,建立与代理连接。

  描述:创建电路实例,并完成链路初始化工作,与JUGO代理服务进行会话连接,后续数据通信都依赖此连接通道进行。

  参数说明:

安全多方计算(MPC)从入门到精通:JUGO-IDE及SDK_第21张图片

 

  返回参数说明:

 

  示例代码:

1.    try {  
2.      YourCircuitWrapper yourCircuit=new YourCircuitWrapper("mycircuitId","admin01","password",NodeCommunicateMode.SERVICE  
3.    , "ProxyGlacier2/router:tcp -h 192.168.7.167 -p 4502 -t 11000", null, "--Ice.Config=config.conf");  
4.    } catch (MPCException e) {  
5.      
6.    } 

2.开启计算任务

  接口:yourCircuit.doCompute();

  注意:调用前请确保成功构建了YourCircuitWrapper实例对象。

  描述:通过调用doCompute,可以启动一次计算任务。该接口由任务发起方进行调用,被邀请方无需调用该接口。

  参数说明:

安全多方计算(MPC)从入门到精通:JUGO-IDE及SDK_第22张图片

  返回参数说明:

 

  示例代码:

1.    try {  
2.        String[] argsAttach = new String[]{"n=3","m=4"};  
3.        List takerList = Arrays.asList(new String[]{"admin01","admin02"});  
4.        List resulReceiverList = Arrays.asList(new String[]{"admin01"});  
5.        yourCircuit.doCompute("1111", argsAttach, takerList, resulReceiverList);  
6.    } catch (MPCException e) {  
7.        e.printStackTrace();  
8.    }  

3.发起方获取源数据

  接口:yourCircuit.setInputCallbackForORG();

  注意:此函数用于设置计算发起方的源数据获取方式。

  描述:此函数接受一个InputCallback()接口的具体实现, 可自行定义计算源数据的获取逻辑。设置时请注意电路文件定义的数据结构规范,如果是数组则需要保证数组元级及元素个数与预定义的一致。

  参数说明:

安全多方计算(MPC)从入门到精通:JUGO-IDE及SDK_第23张图片

  返回参数说明:

  示例代码:

1.    yourCircuit.setInputCallbackForORG(new InputCallback() {  
2.        @Override  
3.        public Int32[][] input(String taskId, String algorithmId, String[] args) {  
4.            return new Int32[2][2];  
5.        }  
6.      
7.    @Override  
8.    public void onFailure(Throwable e){  
9.        // 异常处理  
10.    }  
11.    });

  说明:

  上述示例中假定生成的电路java文件中定义的入参类型为:Int32[][],一个Int32的二维数组,且元素个数为[2][2]。

4.收邀方获取源数据

  接口:yourCircuit.setInputCallbackForDST();

  注意:此函数用于设置受邀发起方的源数据获取方式。

  描述:此函数接受一个InputCallback()接口的具体实现, 可自行定义计算源数据的获取逻辑。设置时请注意电路文件定义的数据结构规范,如果是数组则需要保证数组元级及元素个数与预定义的一致。

  参数说明:

安全多方计算(MPC)从入门到精通:JUGO-IDE及SDK_第24张图片

  返回参数说明:

  示例代码:

1.    yourCircuit.setInputCallbackForDST(new InputCallback() {  
2.        @Override  
3.        public Int32[][] input(String taskId, String algorithmId, String[] args) {  
4.            return new Int32[3][3];  
5.        }  
6.      
7.    @Override  
8.    public void onFailure(Throwable e){  
9.        // 异常处理  
10.    }  
11.    });

  说明:

  上述示例中假定生成的电路java文件中定义的入参类型为:Int32[][],一个Int32的二维数组,且元素个数为[3][3]。因此在回调函数中input的返回一定是[3][3]及的多维数组。

5.处理计算结果

  接口:yourCircuit.setOutputCallback();

  注意:N/A。

  描述:设置一个回调函数,用于处理获取到的结果。该结果返回的数据类型与电路文件算法电路的返回类型一致。

  参数说明:

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  返回参数说明

  示例代码:

1.    yourCirciut.setOutputCallback(new OutputCallback(Int32.class) {  
2.        @Override  
3.        public void onResult(String taskId, String algorithmId, int resultCode, Int33 result) {  
4.    // 处理结果  
5.        }  
6.      
7.    @Override  
8.    public void onFailure(Throwable e){  
9.      // 异常处理  
10.    }  
11.    }

  注意:示例中的数据类型(Int32)由具体电路文件决定。

6.处理邀请结果

  接口:InvitationManager->invite();

  注意:此接口提供了默认实现,如需更改则需要在调用doCompute()前重新进行设置。可调用yourCircuit.setInvitationManager();进行更改。

  描述:一个接口,并提供回调函数,当节点收到计算邀请后该回调会被触发,可在回调函数中提供业务逻辑来决定是否同意计算邀请。该接口提供了一个默认实现类(DefaultInvitationManager)

  参数说明:

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  返回参数说明:

  示例代码:

1.    yourCircuit.setInvitationManager(new InvitationManager() {  
2.        @Override  
3.        public boolean invite(String taskId, String starter, String algorithmId, int numberOfParticipants, List takersList) {  
4.            // 这里实现业务逻辑  
5.            return true;  
6.        }  
7.    });

7.获取本地电路文件

  接口:CircuitManager -> getLocal();

  注意:如需更改则在调用doCompute前重新进行设置。可调用yourCircuit.setCircuitManagerManager();预先设置。

  描述:此接口提供了默认实现类(DefaultCircuitManager)。当需要自定义电路文件路径时可重新提供接口实现。JUGO-SDK默认会根据算法ID(algorithmId)去电路仓库进行下载(由JUGO开发服务平台提供)。

  参数说明:

安全多方计算(MPC)从入门到精通:JUGO-IDE及SDK_第27张图片

  返回参数说明:

  示例代码:

1.    // 示例提供了根据不同ID返回不同文件类型的电路文件  
2.    yourCircuit.setCircuitManager(new CircuitManager() {  
3.        @Override  
4.        public String getLocal(String algorithmId) {  
5.            if(algorithmId.equals("1")){  
6.                return "/home/juzhen/work2018/jugo/jugompc/circuits-files/adder_32bit.gc";  
7.            }  
8.            if(algorithmId.equals("2")){  
9.                return "/home/juzhen/work2018/jugo/jugompc/circuits-files/AES-expanded.gc";  
10.            }  
11.            return "";  
12.        }  
13.    });

四、JUGO-SDK使用步骤

1.引入JUGO-SDK

  SDK仓库地址http://sdk.juzix.net/content/groups/public/

  Maven

1.      
2.    com.juzix.jugo  
3.    mpc-node-sdk  
4.    1.1.0-SNATSHOP  
5.    

  Gradle

1.    compile "com.juzix.jugo:mpc-node-sdk:1.1.0-SNATSHOP"

Jar包引用下载https://jugo.juzix.net/file/JAVA-SDK.zip

  下载后会得到一个zip包,解包后将对应jar包全部拷贝到本地项目中依赖引用。

2.算法动态库

  底层算法逻辑使用c/c++进行编写,JAVA使用JNI进行调用。目前仅提供了Linux环境下的动态库(.so),因此测试环节需在Linux完成。下载解压后会得到一个libjuzixmpc.so动态库文件,需要更改配置文件mpc-node-config.conf进行配置 。此操作是必须的,否则无法完成计算操作。

  算法动态库 下载https://jugo.juzix.net/file/libjuzixmpc.zip

3.配置文件创建

  JUGO-SDK使用默认方式获取电路文件时需要一些配置信息,如自定义实现了CircuitManager,则无需提供配置文件。此处规定,配置文件名为:mpc-node-config.conf,必须在目录config下。配置文件可位于classes源码目录或者${user.dir}工作目录。如果使用IDEA开发工具,则可将配置文件放置在:${project.dir}/src/main/resources/config/mpc-node-config.conf。

  文件内容如下:

1.    node {  
2.         isDebug=false  
3.         # 是否使用Glacier2进行消息路由 false 不使用, true 使用  
4.         isRouterModel=false  
5.    circuit {  
6.    # 电路文件下载地址,此处将IP和port更改为实际地址即可  
7.    download.url = "http://xxx:port/file_api/file/download?arithmeticId=%s&user=%s"  
8.    # 电路文件本地存储目录  
9.    local.dirPath = /home/test/developer/jugompc  
10.    }  
11.    jni {  
12.       # jni调用的动态库文件目录  
13.       library.path=/home/test/developer/jnilib  
14.    }  
15.    }

  注:完成以上2步操作基本完成了对JUGO-SDK的集成。请务必注意算法库的文件路经配置正确。

4.配置节点为服务节点

  在启动一个节点的时,可以将节点作为一个服务节点启动。可直接接收对端(计算比较端)的数据,而不需要通过JUGO代理服务回调传输。在调用API-初始化节点(initContext)时,如果参数mode传入SERVER,则必须进行配置操作。如果传入CALLBACK则可忽略此步骤。

  当节点需要作为服务节点启动时,需提供服务配置文件,并在初始化时通过参数args传入。

  服务配置文件:config.node-server

1.    # 当前节点作为服务提供的Endpoints信息  
2.    NodeServer.Endpoints=tcp -p 12001  
3.    Server.Trace=1  
4.    Ice.ThreadPool.Server.Size=10  
5.    Ice.ThreadPool.Server.SizeMax=10  
6.    Ice.ThreadPool.Client.Size=10  
7.    Ice.ThreadPool.Client.SizeMax=10 

  注:在创建电路实例中的

args=new String[]{“--Ice.Config=config.node-server”}

5.配置节点Glacier2

  注意:如果配置文件mpc-node-config中,isRouterModel=false, 则无需启动节点Glacier2,该模式标识仅使用节点直连进行消息传递而不需要Glacier2进行消息路由。

  Glacier2是ICE特有的应用层防火墙和路由器,提供了安全校验、消息路由和事务管理等功能。这里为了防止网络造成数据传输阻碍,引入Glacier2进行网络穿透。将节点服务放置在Glacier2之后,由Glacier2进行消息接收并路由到目标服务。

  Glacier2配置文件:config.glacier2-node-server

1.    #Glacier2实例名  
2.    Glacier2.InstanceName=NodeGlacier2  
3.    # 客户端访问Endpoints信息  
4.    Glacier2.Client.Endpoints=tcp -h 0.0.0.0 -p 4503 -t 12000  
5.    Glacier2.Server.Endpoints=tcp  
6.    # 会话创建服务地址,此处连接到节点服务的EEndpoings  
7.    Glacier2.SessionManager=NodeSessionManager:tcp -h 192.168.7.168 -p 12001  
8.    # 权限校验服务地址,此处连接到节点服务的Endpoints  
9.    Glacier2.PermissionsVerifier=NodePermissionsVerifier:tcp -h 192.168.7.168 -p 12001  
10.    Glacier2.SessionTimeout=30  
11.    Glacier2.Server.Buffered=0  
12.    Glacier2.Client.Buffered=0  
13.    IceSSL.Trace.Security=1  
14.    Ice.Trace.Network=1  
15.    Ice.Warn.Connections=1  
16.    Ice.Trace.Protocol=1  
17.    Ice.ThreadPool.Server.Size=10  
18.    Ice.ThreadPool.Server.SizeMax=10  
19.    Ice.ThreadPool.Client.Size=10  
20.    Ice.ThreadPool.Client.SizeMax=10

  注:配置中为基本的Glacier2信息配置,具体含义请参考ICE详细文档查看https://jugo.juzix.net/file/Ice-3.6b.pdf

  启动Glacier2之前请确保本地已安装Ice并可正常使用。

  启动Glaicer2命令为:

glacier2router --Ice.Config=./config.glacier2-node-server

  使用Glacier2后,在调用节点初始化(initContext)时的参数jugoEndpoint=NodeGlacier2/router:tcp -h 127.0.0.1 -p 4503 -t 12000。后续再计算过程中对端节点会通过该Endpoints信息直接调用Glacier2进行数据转发路由到目标服务。

五、返回码一览

安全多方计算(MPC)从入门到精通:JUGO-IDE及SDK_第28张图片

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