区域限定的外包隐私保护集合交集

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隐私保护集合交集(Private Set Intersection,PSI)是一种重要的密码协议,有许多实际应用。随着云计算能力的增强,人们希望利用云存储私有数据集并将PSI计算委托给它。随着个人消费需求的智能化,位置信息日益彰显其重要性,安全的位置验证必不可少。尽管已存在一些高效的PSI协议,但没有一个协议同时支持数据外包、距离限定和区域限定。然而,设计可靠高效的数据外包隐私保护集合交集协议,仍面临着许多问题:(1)在传统的PSI协议中,各方都可以完全控制自己的数据集。在数据外包PSI协议中,数据集被外包,客户端必须将其控制权委托给云服务器。因此,需要建立一个可执行的授权机制,确保只有在所有数据所有者同意的情况下才能进行计算。(2)现有的数据外包PSI协议中没有提供位置验证,所以无法对客户端所在区域进行限定。在一些位置敏感场景中,用户的位置信息扮演着十分重要的角色,故需要保证用户处于限定区域内。(3)在客户端数据完全外包的PSI协议中,需要保证外包数据安全性和PSI计算安全性。因为云服务器会通过多次PSI运算推断有关集合元素和交集的信息,所以需要保证云服务器在PSI计算过程中无法获取集合中的数据以及计算结果。结合现有技术,本文首先设计了基于距离限定的外包隐私保护集合交集协议,实现距离限定的同时,安全地计算外包隐私保护集合交集。针对数据完全外包的安全需求,本文构建了客户端数据外包下支持距离限定的隐私保护集合交集协议的系统模型,设计了协议的敌手模型,提出了协议应满足的设计目标。为实现距离限定和数据外包的PSI计算,本协议采用距离限定协议,使得云服务器能够验证客户端的位置是否满足距离限定条件,保证只有通过验证才可以将数据外包到云服务器。使用加法同态加密算法,保证了外包数据安全和PSI计算安全。使用点值多项式表示集合,保证只有在双方客户端都授权的情况下才可以进行PSI计算。通过安全性分析,证明了该协议可实现提出的所有安全目标。接着,本文提出了基于区域限定的高效隐私保护集合交集协议,在对客户端的距离限定的前提下,对客户端的所在区域进行限定。针对基于区域限定的高效外包隐私保护集合交集协议的系统模型和敌手模型,提出了此协议的设计目标。并在协议中引入了区域验证协议,完成对客户端所在区域的限定。同时改变了客户端数据外包隐藏其多项式的方式,不使用任何计算成本高的公钥加密。客户端可以将其原始多项式分解为次数更小的多项式,更快地找到多项式的根(即集合交集),提高了PSI计算的效率。通过安全性分析,证明了该协议可实现提出的所有安全目标。最后,分别对本文提出的两个协议进行了性能测试和分析。并且通过仿真模拟实验对两种协议进行性能评估与分析。分析结果表明,本文所设计的外包隐私保护集合交集协议均满足对应的设计目标,同时对比相关工作,本文提出的协议具有更高的安全性和更好的性能。
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