[论文解读] Double Blind Comparisons: A New Approach to the Database Aggregation Problem

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

Cryptography and Data Security参考文献 23被引用 3

一句话总结

本文引入了双盲比对（Double Blind Comparisons）这一新型密码学原 primitive，使双方能够在不泄露任何关于秘密本身信息的前提下，安全地确定其加密秘密是否相等。该协议基于双线性群中的一个猜想难题，确保了相互隐私与协作，通过在保护数据可用性的同时强制保密性，为数据库聚合问题提供了一种实用解决方案。

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.

研究动机与目标

• 为解决数据库聚合问题，即聚合后的数据安全级别高于单个记录的问题。
• 克服传统‘知悉必要’访问控制机制对数据可用性的破坏。
• 设计一种密码学协议，使两方能够在不向任一方单独披露秘密或相等性结果的前提下，比较加密秘密。
• 形式化双线性群中的一个新难题，作为安全性的基础。

提出的方法

• 引入一种名为双盲比对（Double Blind Comparisons）的新密码学原 primitive，用于在两个加密秘密之间进行安全相等性测试。
• 利用双线性群中的一个猜想难题，确保任一方都无法在缺乏相互协作的情况下获取秘密或结果。
• 使用对称密钥加密和双线性对运算，实现在分布式环境下的安全比较。
• 设计一种两方协议，双方共同参与比较过程，确保任一方都无法独立推断出秘密或结果。
• 依赖双线性群中的密码学假设，证明在比较过程中不会泄露关于秘密的任何信息。
• 构建一种安全比较协议，在保持机密性的同时支持聚合数据的功能性使用。

实验结果

研究问题

• RQ1 两个彼此不信任的参与方可否在不向任一方单独泄露秘密或比较结果的前提下，安全地比较其加密秘密？
• RQ2 是否存在一种密码学原 primitive，可在保护隐私的同时实现对加密数据的相等性测试，并支持实际部署？
• RQ3 双线性群中哪一新难题构成了双盲比对协议安全性的基础？
• RQ4 该协议如何在不牺牲数据可用性的前提下缓解数据库聚合问题？
• RQ5 双盲比对在访问控制之外的潜在应用场景有哪些，例如安全数据共享或隐私保护分析？

主要发现

• 双盲比对协议使两方能够在不泄露秘密实际值的前提下，确定其加密秘密是否相等。
• 该协议的安全性依赖于双线性群中一个新提出的猜想难题，确保在比较过程中不会泄露关于秘密的任何信息。
• 任一方若无对方合作，均无法确定相等性结果，从而防止了单方面推断。
• 协议通过在不解密的前提下实现功能性比较，保留了聚合数据的可用性。
• 该方法为传统访问控制模型提供了一种可行替代方案，后者因强制细粒度访问限制而破坏了数据集成。
• 本文建议该技术在安全数据共享、隐私保护分析以及安全数据库查询系统中具有潜在应用。