[논문 리뷰] Double Blind Comparisons: A New Approach to the Database Aggregation Problem

William R. Lorimer|arXiv (Cornell University)|2011. 05. 16.

Cryptography and Data Security참고 문헌 23인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 이중 블라인드 비교(Double Blind Comparisons)라는 새로운 암호 primitive를 소개하며, 두 당사자가 자신의 암호화된 비밀 정보가 동일한지 여부를 안전하게 확인할 수 있도록 하되, 비밀 정보 자체에 대한 정보를 유출하지 않도록 한다. 이중 선형군(bilinear groups)에서의 추측된 어려운 문제를 기반으로 한 프로토콜은 상호 비밀 보장과 협업을 보장하며, 데이터 유용성을 유지하면서 기밀성을 강화함으로써 데이터베이스 집계 문제에 실용적인 해결책을 제공한다.

ABSTRACT

The Data Aggregation Problem occurs when a large collection of data takes on a higher security level than any of its individual component records. Traditional approaches of breaking up the data and restricting access on a "need to know" basis take away one of the great advantages of collecting the data in the first place. This paper introduces a new cryptographic primitive, Double Blind Comparisons, which allows two co-operating users, who each have an encrypted secret, to determine the equality or inequality of those two secrets, even though neither user can discover any information about what the secret is. This paper also introduces a new problem in bilinear groups, conjectured to be a hard problem. Assuming this conjecture, it is shown that neither user can discover any information about whether the secrets are equal, without the other user's co-operation. We then look at how Double Blind Comparisons can be used to mitigate the Data Aggregation Problem. Finally, the paper concludes with some suggested possibilities for future research and some other potential uses for Double Blind Comparisons.

연구 동기 및 목표

• 개별 기록보다 높은 보안 분류를 가진 집계된 데이터를 처리하는 데이터베이스 집계 문제를 해결하기 위해.
• 데이터 유용성을 해치는 전통적인 '필요로 안다(need-to-know)' 접근 제어 방식의 한계를 극복하기 위해.
• 두 당사자가 서로의 암호화된 비밀 정보를 비교할 수 있도록 하는 암호 프로토콜을 설계하여, 비밀 정보나 비교 결과를 각자 독립적으로 유추할 수 없도록 하기 위해.
• 보안 기반으로 삼을 수 있는 이중 선형군에서의 새로운 어려운 문제를 체계화하기 위해.

제안 방법

• 암호화된 비밀 정보 간의 안전한 동일성 검증을 위한 새로운 암호 primitive인 이중 블라인드 비교를 도입한다.
• 이중 선형군에서의 추측된 어려운 문제를 활용하여, 어느 한 당사자도 비밀 정보나 결과를 상호 협력 없이 파악할 수 없도록 보장한다.
• 대칭 키 암호화와 이중 선형 페어링 연산을 사용하여 분산 환경에서 안전한 비교를 가능하게 한다.
• 양 당사자가 비교 과정에 기여하는 양자리 프로토콜을 설계하여, 어느 한 당사자도 독립적으로 비밀 정보나 결과를 유추할 수 없도록 한다.
• 이중 선형군에서의 암호학적 가정에 기반하여, 비교 과정 중 비밀 정보에 대한 정보가 泄露되지 않음을 증명한다.
• 암호화된 상태를 유지하면서도 기능적 사용이 가능한 안전한 비교 프로토콜을 구축한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 서로를 신뢰할 수 없는 두 당사자가 비밀 정보를 암호화한 상태에서 그 값이 동일한지 여부를 확인할 수 있을까? 이 과정에서 비밀 정보나 비교 결과를 각자 독립적으로 유추할 수는 없을까?
• RQ2 암호화된 데이터에서 동일성 검증을 가능하게 하되, 개인정보를 보존하고 실용적인 구현이 가능한 암호 primitive가 존재하는가?
• RQ3 이중 블라인드 비교 프로토콜의 보안을 뒷받침하는 이중 선형군에서의 새로운 어려운 문제는 무엇인가?
• RQ4 데이터 유용성을 희생시키지 않고도 제안된 프로토콜이 데이터베이스 집계 문제를 어떻게 완화할 수 있는가?
• RQ5 접근 제어를 넘어서서, 안전한 데이터 공유나 개인정보 보존 분석과 같은 분야에서 이중 블라인드 비교의 잠재적 응용은 무엇인가?

주요 결과

• 이중 블라인드 비교 프로토콜은 두 당사자가 자신의 암호화된 비밀 정보가 동일한지 여부를 확인할 수 있지만, 비밀 정보의 실제 값은 어느 한 당사자도 알 수 없다.
• 프로토콜의 보안은 이중 선형군에서의 새로운 추측된 어려운 문제에 기반하며, 이는 비교 과정 중 비밀 정보에 대한 정보가 유출되지 않음을 보장한다.
• 상대방의 협력 없이 어느 한 당사자도 동일성 결과를 결정할 수 없으며, 이는 단독으로 유추하는 것을 방지한다.
• 암호 해독 없이도 비교가 가능하므로, 집계된 데이터의 유용성이 유지된다.
• 세밀한 접근 제어 제도가 데이터 통합을 저해하는 전통적 접근 제어 모델에 대한 실용적인 대안을 제공한다.
• 논문은 안전한 데이터 공유, 개인정보 보존 분석, 안전한 데이터베이스 쿼리 시스템 등 다양한 응용 가능성을 제안한다.