用于多关键词查询的降低泄露风险的、可搜索的对称加密算法

《IEEE Transactions on Cloud Computing》：Leakage Reduced Searchable Symmetric Encryption for Multi-Keyword Queries

本文提出了一种名为RHS的可搜索对称加密方案，结合隐私集交集技术，在离线阶段处理复杂计算，在线阶段使用高效伪随机函数和哈希函数，有效减少查询结果模式泄露。变体vRHS降低了客户端存储开销，实验证明其安全性和效率优于现有方案。

　　

摘要：

在不受信任的云服务器上进行联结关键词查询是加密环境中最常见的搜索形式之一。大量研究致力于开发支持多关键词查询的高效方案。特别是“Oblivious Cross-Tags (OXT)”协议受到了广泛关注，并被视为该领域的基准协议。然而，现有的方案无法同时隐藏“关键词对结果模式”（KPRP）和“条件交集模式”（IP），可能会向服务器泄露额外的信息。在这项工作中，我们提出了一种新颖的可搜索对称加密（SSE）方案，称为“结果隐藏搜索”（RHS），该方案通过集成“私有集交集”（PSI）技术，在索引检索阶段最小化结果模式的泄露并实现查询结果的隐藏。我们的方案通过使用PSI进行安全成员身份测试来增强隐私保护。为了提高查询效率，我们将计算密集型任务转移到离线阶段，并在在线阶段使用高效的伪随机函数和哈希函数。此外，我们还提出了RHS的一个变体，称为vRHS，旨在减少客户端存储开销。基于仿真的安全证明表明，我们的方案能够抵抗非适应性攻击者的攻击。全面的实验评估进一步表明，与现有的SSE方案相比，我们的方案在安全性和效率之间取得了更好的平衡。

引言

随着云存储的优势日益明显，越来越多的组织和个人选择将数据存储委托给云服务器。然而，云服务器在保护数据隐私方面并不可靠，它们可能会从数据库和查询中提取额外信息。保护外包数据安全的一个实际解决方案是可搜索对称加密（SSE）方案。在将数据传输到服务器之前，企业或个人会对其数据进行加密并创建查询索引，然后一起发送到服务器。随后，客户端可以通过提交查询请求在云服务器上检索匹配的数据。最近，关于SSE的大量研究集中在增强查询功能上，例如支持联结查询[1]、[2]、[3]、模糊查询[4]、[5]和可验证查询[6]。其中，联结查询是最常见的功能，并已被广泛研究。与单关键词查询不同，多关键词查询常常会导致意外的信息泄露，如“关键词对结果模式”（KPRP）泄露和“交集模式”（IP）泄露。这些泄露使得服务器能够从查询中推断出额外信息。因此，开发支持联结关键词查询的SSE方案时必须更详细地考虑信息泄露问题。