[论文解读] Efficient, Verifiable and Privacy-Preserving Combinatorial Auction Design

Taeho Jung, Xiang‐Yang Li+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 28, 2013

Auction Theory and Applications参考文献 48被引用 3

一句话总结

该论文提出了一种安全、高效且保护隐私的组合拍卖协议，可防止拍卖人和竞标者获取除拍卖结果外的任何额外信息。该协议结合了博弈论激励机制与盲签名技术，确保了可验证性与安全性，通信轮数为 O(mn²)，计算开销极低。

ABSTRACT

We propose a construction to efficiently and securely compute a combinatorial auction (also referred as combinational auction) which is able to forbid participants (both auctioneer and the bidders) from learning unnecessary information except those implied in the output of the auction. The auctioneer and bidders are assumed to be untrusted, and they may misbehave throughout the protocol to illegally increase their own benefit. Therefore, we need to either prevent the misbehavior or detect the misbehavior. We achieve this goal by introducing a payment mechanism to control bidders' behaviors game-theoretically, and we further introduce a blind signature scheme to let bidders ver- ify the authenticity of their payment reported by the auctioneer. Although a third-party signer is involved, he only signs a value blindly (i.e. without knowing the value) and is also untrusted. Moreover, our construction requires at most O(mn 2 ) rounds of the communication between bidders and the auctioneer where m is the total number of goods and n is the total number of bidders, and the extra computation overhead incurred by our design is very efficient.

研究动机与目标

• 设计一种组合拍卖协议，通过仅暴露拍卖结果来保护隐私。
• 在存在不可信拍卖人和竞标者可能违规行为的情况下，确保安全性和正确性。
• 通过涉及不可信第三方签名人的盲签名方案，实现可验证的支付报告。
• 在保持强安全保证的前提下，最小化通信与计算开销。
• 实现高效的执行，通信轮数为 O(mn²)，其中 m 为商品数量，n 为竞标者数量。

提出的方法

• 协议采用博弈论支付机制，以阻止竞标者进行策略性违规行为。
• 采用盲签名方案，使竞标者能够在不向签名方暴露数值的情况下验证其报告支付的真实性。
• 第三方签名方保持不可信状态，仅对盲化后的数值进行签名，而无法知晓其具体内容。
• 竞标者与拍卖人之间的通信最多为 O(mn²) 轮，确保可扩展性。
• 设计确保仅拍卖结果被公开，所有参与方的隐私均得以保护。
• 通过密码学与经济激励机制的结合，协议可检测或防止拍卖人与竞标者的违规行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何设计组合拍卖，以防止参与者获取除最终拍卖结果外的更多信息？
• RQ2 何种机制可确保不可信的竞标者与拍卖人无法为个人利益操纵拍卖？
• RQ3 如何在不向拍卖人或第三方泄露敏感支付数据的情况下实现支付可验证性？
• RQ4 实现此类拍卖中的隐私保护与可验证性，其通信与计算成本是多少？
• RQ5 密码学技术与博弈论激励机制的结合，能否在组合拍卖中同时实现安全与高效？

主要发现

• 协议确保拍卖人或任何竞标者均无法获取除最终拍卖结果外的任何信息。
• 盲签名的使用使竞标者能够密码学地验证其报告的支付金额，而无需向签名方暴露具体数值。
• 第三方签名方保持不可信状态，无法将支付与竞标者关联，从而保护了竞标者隐私。
• 通信复杂度被限制在 O(mn²) 轮以内，其中 m 为商品数量，n 为竞标者数量。
• 协议引入的计算开销极小，适用于实际部署。
• 博弈论激励机制与密码学验证的结合，有效遏制了参与者策略性违规行为。