[论文解读] Open, privacy-preserving protocols for lawful surveillance

Aaron Segal, Joan Feigenbaum+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2016

Cryptography and Data Security参考文献 7被引用 4

一句话总结

本文提出高效、保护隐私的合法监控协议，利用密码学技术使执法机构能够在不暴露无辜用户数据的情况下，对第三方加密记录执行集合交集和联系链分析。实验表明，3跳联系链分析生成27,000个密文的时间不足两分钟，15万条记录的集合交集操作在11分钟内完成，同时保障隐私与问责性。

ABSTRACT

The question of how government agencies can acquire actionable, useful information about legitimate but unknown targets without intruding upon the electronic activity of innocent parties is extremely important. We address this question by providing experimental evidence that actionable, useful information can indeed be obtained in a manner that preserves the privacy of innocent parties and that holds government agencies accountable. In particular, we present practical, privacy-preserving protocols for two operations that law-enforcement and intelligence agencies have used effectively: set intersection and contact chaining. Experiments with our protocols suggest that privacy-preserving contact chaining can perform a 3-hop privacy-preserving graph traversal producing 27,000 ciphertexts in under two minutes. These ciphertexts are usable in turn via privacy-preserving set intersection to pinpoint potential unknown targets within a body of 150,000 total ciphertexts within 10 minutes, without exposing personal information about non-targets.

研究动机与目标

• 解决执法机构在数字通信中获取可行动情报的需求与个人隐私权之间的张力。
• 设计实用的、保护隐私的合法监控协议，防止对无辜人员的大规模监控。
• 通过开放、可验证的流程确保政府机构在监控操作中受到问责。
• 将先前关于隐私保护集合交集的研究扩展至通信图中的联系链分析。
• 证明隐私保护监控在真实世界场景中既高效又可扩展。

提出的方法

• 基于公钥加密（特别是RSA）的密码学协议，保护执法监控过程中用户数据的安全。
• 采用多方计算模型，电信运营商对用户数据进行加密并转发至中央权威机构进行处理。
• 应用同态加密原理，实现在不解密的情况下对加密数据进行计算，从而保护隐私。
• 实现一种联系链协议，可遍历通信图至距离k，仅检索潜在目标的加密数据。
• 使用零密码学基线，以隔离并测量隐私保护组件带来的性能开销。
• 应用开放性原则，确保所有协议透明且可审计，支持问责性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否设计出隐私保护的监控协议，使执法机构在不暴露无辜用户数据的情况下识别未知目标？
• RQ2 在保持用户隐私的前提下，如何高效地对加密通信图执行联系链分析？
• RQ3 在合法监控协议中增加密码学隐私保护机制会带来多大的性能开销？
• RQ4 隐私保护的集合交集与联系链分析能否在大规模数据集上以可接受的运行时间实现可扩展部署？
• RQ5 如何设计密码学协议以确保合法监控中的问责性并防止滥用？

主要发现

• 在15万用户规模的图上执行3跳隐私保护联系链遍历，生成27,000个密文的时间不足两分钟。
• 对15万条加密记录执行集合交集操作耗时约10.5分钟，相比先前工作提升10倍。
• 联系链协议的执行时间与通信复杂度与输出规模呈线性关系，确保可扩展性。
• 零密码学基线运行时间不足十秒，成功将隐私成本隔离至合理开销范围。
• 即使在移除非密码学组件后，性能仍保持与数据规模的线性关系，表明系统具备强效率。
• 结果表明，隐私保护监控在真实世界执法用例中既实用又高效。