[論文レビュー] Private Information Retrieval over Networks.

Razane Tajeddine, Antonia Wachter-Zeh+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 21, 2018

Cooperative Communication and Network Coding被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、最大ランク距離（MRD）符号を用いて、ランダム線形ネットワークコーディング（RLNC）ネットワーク上での私的情報抽出（PIR）方式を提案する。この方式により、一部のサーバーが共謀しても、通信量を低く抑えつつ、プライベートなファイル取得が可能になる。この方式は、任意の共謀サーバー集団に対して、要求されたファイルの識別子を隠すことで、ユーザーのプライバシーを保証するとともに、エラーのない状態およびエラーを伴うネットワーク環境下でも効率性を維持する。

ABSTRACT

In this paper, the problem of providing privacy to users requesting data over a network from a distributed storage system (DSS) is considered. The DSS, which is considered as the multi-terminal destination of the network from the user's perspective, is encoded by a maximum rank distance (MRD) code to store the data on these multiple servers. A private information retrieval (PIR) scheme ensures that a user can request a file without revealing any information on which file is being requested to any of the servers. In this paper, a novel PIR scheme is proposed, allowing the user to recover a file from a storage system with low communication cost, while allowing some servers in the system to collude in the quest of revealing the identity of the requested file. The network is modeled as in random linear network coding (RLNC), i.e., all nodes of the network forward random (unknown) linear combinations of incoming packets. Both error-free and erroneous RLNC networks are considered.

研究の動機と目的

• ネットワーク経由でファイルを取得する分散ストレージシステム（DSS）において、ユーザーのプライバシーを保護する課題に対処すること。
• 一部のサーバーが共謀しても、どのサーバーに対しても、要求されたファイルに関する情報が漏洩しないようにすること。
• ネットワークコーディングを用いた私的情報抽出（PIR）における通信コストを最小限に抑えること。
• エラーのない状態とエラーを伴うランダム線形ネットワークコーディング（RLNC）環境の両方で、効率的に動作するPIRを拡張すること。
• 最大ランク距離（MRD）符号を活用して、ストレージシステムにおける強固で効率的なデータ符号化を実現すること。

提案手法

• 中間ノードが到着パケットのランダム線形結合を転送するランダム線形ネットワークコーディング（RLNC）システムとしてネットワークをモデル化すること。
• データの信頼性を確保し、効率的な取得を可能にするために、分散ストレージシステム（DSS）を最大ランク距離（MRD）符号で符号化すること。
• ユーザーが、任意の共謀サーバーのサブセットに対しても、ファイルの識別子を明らかにせずにファイルを取得できるPIRプロトコルを設計すること。
• 共謀サーバー間のクエリの結合分布が、要求されたファイルに関するいかなる情報も漏らさないよう、クエリを構成することでプライバシーを確保すること。
• エラーのない状態とエラーを伴うRLNC環境の両方で動作するようにPIR方式を適応させ、プライバシーと正しさを維持すること。
• MRD符号のランク距離特性を用いて、ネットワークエラーが一部のパケットを損傷させても、プライバシー保証が成立することを保証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ランダム線形ネットワークコーディング（RLNC）を用いたネットワークにおいて、通信オーバーヘッドを最小限に抑えて、どのようにして私的情報抽出を実現できるか？
• RQ2 PIRにおけるサーバーの共謀が、ネットワーク符号化システムにおけるユーザーのプライバシーに与える影響は何か？ そして、その影響をどのように軽減できるか？
• RQ3 エラーのない状態とエラーを伴うRLNCネットワークの両方で、プライバシーと効率性を維持できるPIR方式を設計できるか？
• RQ4 最大ランク距離（MRD）符号は、分散ストレージシステムにおけるPIRの効率性とプライバシーにどのように寄与するか？
• RQ5 異なるネットワーク状態および共謀しきい値における、提案されたPIR方式の通信コストは何か？

主な発見

• 提案されたPIR方式は、ある数までのサーバーが共謀しても、要求されたファイルに関する情報が漏洩しないことを保証し、ユーザーのプライバシーを確保する。
• 最大ランク距離（MRD）符号の使用により、効率的で強固なデータ符号化が可能となり、取得プロセスにおける通信コストを低減する。
• エラーのない状態とエラーを伴うRLNCネットワークの両方で、プライバシーと正しさを維持することができ、ネットワーク障害に対して耐性を示す。
• ネットワークコーディングおよびMRD符号の特性を効果的に活用した結果、従来の方式と比較してPIRプロトコルの通信コストが顕著に削減された。
• プライバシー保証はランク距離特性を用いた数学的証明により保証されており、共謀サーバーが受信したクエリから要求されたファイルを推測できないことを保証する。
• フレームワークはさまざまなネットワークコーディングシナリオに拡張可能であり、分散ストレージシステムにおけるプライベートアクセスのスケーラブルな解決策を提供する。