[논문 리뷰] DESIRE: A Third Way for a European Exposure Notification System Leveraging the best of centralized and decentralized systems

Claude Castelluccia, Nataliia Bielova외 5명|arXiv (Cornell University)|2020. 08. 04.

Privacy-Preserving Technologies in Data참고 문헌 11인용 수 32

한 줄 요약

DESIRE 노력은 로버트 프로토콜을 하이브리드 모델로 발전시켜, 사용자가 로컬에서 Private Encounter Tokens (PETs)를 생성하는 한편 중앙 서버가 프라이버시를 보호하는 매칭과 위험 점수를 수행하여 알림을 제어한다.

ABSTRACT

This document presents an evolution of the ROBERT protocol that decentralizes most of its operations on the mobile devices. DESIRE is based on the same architecture than ROBERT but implements major privacy improvements. In particular, it introduces the concept of Private Encounter Tokens, that are secret and cryptographically generated, to encode encounters. In the DESIRE protocol, the temporary Identifiers that are broadcast on the Bluetooth interfaces are generated by the mobile devices providing more control to the users about which ones to disclose. The role of the server is merely to match PETs generated by diagnosed users with the PETs provided by requesting users. It stores minimal pseudonymous data. Finally, all data that are stored on the server are encrypted using keys that are stored on the mobile devices, protecting against data breach on the server. All these modifications improve the privacy of the scheme against malicious users and authority. However, as in the first version of ROBERT, risk scores and notifications are still managed and controlled by the server of the health authority, which provides high robustness, flexibility, and efficacy.

연구 동기 및 목표

• 중앙 집중식 및 분산형 접근 방식 모두의 위험을 완화하는 프라이버시를 보호하는 노출 알림 시스템을 고무한다.
• 모바일 기기에 의해 생성된 Private Encounter Tokens (PETs)을 도입하여 만남을 프라이빗하게 인코딩한다.
• 효과적인 알림을 가능하게 하면서 사용자 익명성을 보존하는 서버 보조 매칭 및 위험 점수 프레임워크를 설명한다.
• 초기화, 근접 탐지, 감염 선언, 노출 상태 쿼리의 아키텍처적 세부사항과 프로토콜 단계를 제공한다.
• 암호학적 기법과 데이터 최소화를 통해 DESIRE가 프라이버시/보안 위험을 어떻게 완화하는지 논의한다.

제안 방법

• PETs가 기기에 의해 로컬에서 생성되고 매칭이 건강권한 서버에 의해 중앙에서 수행되는 하이브리드 아키텍처로 ROBERT 프로토콜을 확장한다.
• unlinkability를 유지하기 위해 Ephemeral Bluetooth IDs에서 파생된 Private Encounter Tokens (PETs)를 NIKE 기반 구성(Diffie–Hellman/Curve25519)을 사용하여 정의한다.
• 업로드 데이터와 조회 데이터를 연결하지 못하도록 각 만남당 두 개의 암호학적으로 구별된 PETs를 별도의 목록(ETL과 RTL)에 저장한다.
• 원시 근접 데이터가 서버에 접근할 수 없도록 하면서 노출 알림을 결정하는 서버사이드 위험 점수 계산을 구현한다.
• 장치에 저장된 개인별 키로 서버 측 데이터를 암호화하여 데이터 침해에 대한 저항성을 가능하게 하고 수집된 PII를 최소화한다.
• 초기화, 근접 탐지, 감염 노드 선언, 노출 상태 요청 및 통지된 노드 관리에 대한 프로토콜 단계를 개요로 제시한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 노출 알림 시스템은 중앙의 강건성과 분산된 프라이버시 보호를 어떻게 균형 있게 달성할 수 있는가?
• RQ2 PETs가 서버 사이드 매칭을 통한 위험 평가를 가능하게 하면서 만남을 안전하게 인코딩할 수 있는가?
• RQ3 두 개의 분리된 PET 목록(ETL과 RTL)을 사용하는 것이 사용자 쿼리와 업로드 데이터 간의 연계를 방지하는가?
• RQ4 중앙 집중형 서버 모델에서 프라이버시를 존중하는 위험 점수화와 제어된 알림을 보장하는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 DESIRE에 내재된 프라이버시 및 보안 위험은 무엇이며 어떻게 완화될 수 있는가?

주요 결과

• DESIRE는 PET 생성을 기기에서 유지하고 매칭과 위험 점수 산정을 신뢰할 수 있는 서버에서만 수행하는 프라이버시 강화된 제3의 방식을 제공한다.
• 만남당 두 개의 구별된 PETs(PET1 및 PET2)가 RTL과 ETL에 저장되어 서버가 사용자의 쿼리를 업로드된 데이터와 연결하는 것을 방지한다.
• 서버사이드 위험 점수 산정은 적대자에게 원시 근접 데이터 노출을 줄이면서 적응형 알림 정책을 가능하게 한다.
• PETs은 Ephemeral Bluetooth IDs에서 DH/Curve25519를 통해 파생되어 unlinkability 및 수동/능동 추적에 대한 저항력을 제공한다.
• 서버에 저장된 데이터는 최소화되고 per-user 키로 암호화되어 데이터 침해 위험을 완화한다.
• 설계는 보건 당국이 시간에 따라 위험 알고리즘과 알림 임계치를 조정하는 데 유연성을 강조한다.