尊重您的隐私：基于去中心化标识符的可识别授权隐私保护数据检索协议

《Information Processing & Management》：Respect your privacy: An identifiable and authorized privacy-preserving data retrieval protocol through decentralized identifier

　　

•IAPDR引入了DID用于分布式身份识别与授权。•IAPDR在GDPR下平衡了合法性原则与数据最小化原则。•IAPDR在保持隐私的同时实现了批量检索。•IAPDR在计算效率与通信效率方面优于现有方法。•在UC框架下对半诚实对手进行了安全分析。

引言
数据密集型应用的快速增长，使个人隐私保护成为金融、医疗健康及公共服务等众多受监管领域的核心关注点（Liu等，2023；Mohnblatt等，2024）。隐私保护的数据检索技术旨在实现有效的数据查询与利用，同时在检索过程中尽量减少敏感信息的暴露（Lin等，2022；Wu等，2024）。因此，这些技术被广泛视为支持隐私保护及敏感个人数据按需访问的关键技术手段，具有广阔的应用前景（Henzinger等，2023）。然而，随着欧盟《通用数据保护条例》（GDPR）等更严格的个人数据保护法规的逐步落地实施（Voigt & Von dem Bussche，2017），实际的部署方案不仅需要满足传统目标（例如查询隐私与数据库隐私），还需要满足由合法性原则与数据最小化原则所体现的合规约束（Wu & Zhang，2025）。在此背景下，现有研究的合规适应性仍然不足（Wu等，2025；Zou等，2021）。大多数方案仅关注检索过程中单一方的隐私保护，这使得在同一协议内同时提供可验证的同意和最小披露变得困难，从而难以与合法性原则和数据最小化原则的合规要求保持一致（Campanile等，2021；Regueiro等，2021）。这些局限性在大规模场景下愈发显著，许多解决方案在可扩展性和端到端保密性方面仍然不尽如人意（Caruccio等，2020；Desiato等，2018）。关键在于，即使检索过程中的泄露可以得到一定程度上的减少，许多现有方案也未能在协议层面强制执行充分的知情同意，使得数据主体处于被动地位，增加了超出范围使用或被其他方滥用的风险（Dickhaut等，2024）。

动机与研究空白
这些空白可归因于GDPR合法性原则与数据最小化原则之间的固有张力。合法性原则要求数据控制者（DC）在与数据请求者（DR）共享数据之前，须通过有效的授权机制获取数据主体（DS）的知情同意（Hsieh等，2024；Lin等，2022）。与此同时，数据最小化原则则要求，在验证该授权合法性时，不得暴露任何额外的个人可识别信息（Lax & Russo，2021）。然而，现有的授权型隐私保护数据检索方案仍存在若干局限性。一些方案将授权主要视为访问控制，因而未使数据主体的同意变得显式可验证，这削弱了对合法性原则的支持。另一些方案虽然实现了知情同意的可验证性，但在授权或检索过程中可能暴露身份关联信息，从而损害数据最小化原则。还有一些方案通过增加交互轮次或依赖重量级密码工具来维持匿名性，导致计算和通信开销过大，限制了可扩展性和实际部署（Sun等，2016）。此外，从数据保密性的系统层面来看，主流的GDPR合规处理方案侧重于策略层面的控制（例如访问控制、目的限制、数据治理）（Regueiro等，2021），但在协议层面未能提供充分的保障，使得在非交集部分之外的标识符和载荷信息无法保持机密。由此产生了以下研究空白：如何设计一个单一协议，能够同时提供可验证的知情同意与匿名授权、为DR和DC提供双向隐私保护，并且具备高效的大规模批量检索能力？

为了阐述上述研究问题并说明相关参与方及隐私目标，我们以一个金融案例来实例化一个授权型隐私保护数据检索模型（图1）：某银行存储着股东的存款及相应的账户记录，某证券公司在启动股东开户流程前需与银行进行资产核实与评估。证券公司请求银行核实某股东的资产状况，以评估其财务状况并确保其具备开通股东账户的资格。在此场景中，银行和证券公司分别代表传统隐私保护数据检索应用中的DC和DR。本案例的隐私需求目标如下：

第一个需求是查询隐私。证券公司应在检索过程中向银行隐瞒被核实的股东身份，因为暴露该目标信息可能使银行推断出该股东的开户意图，并在原始核实目的之外滥用此类推断信息。

**需求1 查询隐私**
检索过程中，查询目标应对DC保持隐藏。具体而言，DC不应获知DR正在查询哪个DS。

第二个需求是数据库隐私。证券公司应仅收到与其授权查询范围覆盖的股东相对应的资产证明，而银行持有的所有其他记录应保持隐藏。

**需求2 数据库隐私**
DR应仅获取与其授权查询相对应的记录，且不应获知任何非匹配记录的信息。

从股东的角度来看，证券公司在进行资产评估时必须获取其知情同意或授权，否则无疑构成对个人数据隐私的侵犯。因此，股东应被视为DS（即数据的实际所有者），银行在共享其资产证明之前必须验证股东授权证明的有效性。需要注意的是，该过程不允许银行获取关于该股东的查询信息，否则将违反需求1。本案例的隐私需求目标如下：

**需求3 数据主体隐私**
DC应能够验证检索请求已获得相应DS的授权，但不了解DS的真实身份或其他不必要的个人信息。

综上所述，需求1至需求3共同定义了一个面向GDPR的隐私保护数据检索场景，与合法性原则和数据最小化原则保持一致：查询目标必须对DC保持隐藏；DR应仅获取与其授权查询相对应的记录；DC应能够验证DS的同意，而无需不必要的身份披露。同时实现这些目标极具挑战性。

现有方法的局限性
我们调研了若干授权型隐私保护数据检索方案，并分析其各自的局限性如下：

**基于访问控制的授权方案**通过RA或DC而非DS来制定和发布授权策略，典型代表包括PPSSI（De Cristofaro等，2011）、Pirac（Goyal，2023）以及VF-PPBA/PriRadar（Sun等，2023；Yuan等，2020）。这些方案可以提供一定程度的查询隐私或保密性，但对数据最小化和DS匿名性关注不足，且其授权关系和标识符通常具有较弱的安全属性。

**数据主体驱动的授权方案**允许DS直接产生电子凭证或访问能力，例如Ghostor（Hu等，2020）和基于可搜索对称加密的OSPIR（Jarecki等，2013）。尽管这些方法在数据主体驱动的授权和合法性原则方面表现得更好，但它们通常缺乏专门的授权标识符机制，这可能在身份认证过程中增加身份泄露的风险，并且对批量检索的支持有限。

**匿名授权方案**强调在最小化披露的前提下实现可验证授权。ASPIR（Layouni，2007）利用由DS签发的CL签名凭证证明来对通用数据库强制执行已认证的访问控制，DC可以验证该凭证且身份披露最小。MASPIR（Layouni等，2008）在此基础上进行了轻量级的多授权方扩展，允许多个授权方联合签发授权凭证。MR-DADS（Li，2024）采用不同的工作流，将授权与代理重加密（PRE）相结合。PASSP（Dai等，2024）面向云存储场景，结合零知识技术与PRE以及基于承诺的标识符，实现无信任授权。SeCoSe（Liu等，2024）旨在实现电子健康记录（EHR）的共享，通过基于匿名地址的访问标识符实现DS授权，并利用PRE技术提供防篡改的执行机制。总体而言，尽管这些方案在匿名性和保密性方面有所改进，但它们往往依赖复杂的授权证明、链上验证或PRE工作流，计算量仍然较大，对大规模批量查询的支持有限。

基于上述分析以及现有方法的局限性，本文的工作不旨在重新设计DID或自主主权身份（SSI）机制。现有的DID/SSI系统为去中心化身份管理提供了通用框架，支持ZKP的可验证凭证能够实现选择性披露和数据最小化。然而，这些机制并不能直接解决本文所考虑的授权型隐私保护检索场景。该场景提出了三项具体要求：第一，数据主体的同意必须绑定到具体的检索上下文；第二，数据控制者应在不获知数据主体真实身份的情况下验证授权的有效性；第三，数据请求者也应仅获取授权的匹配记录，同时保持批量检索的实用效率。因此，本文研究如何将DID兼容的身份管理、匿名授权与隐私保护检索实例化并集成到一个面向GDPR的授权检索协议中。具体而言，我们的研究目标如下：

（1）**构造DID兼容的承诺绑定标识符。** 我们并非重新定义DID标准，而是使用Pedersen承诺来实例化DID标识符，使数据主体的身份属性在密码学上与DID文档绑定，同时在身份认证过程中保持隐藏。

（2）**设计面向检索的匿名授权机制。** 本目标并非将DID与零知识证明作为通用组合来呈现，而是将数据主体的知情同意、承诺绑定的DID标识符以及检索上下文绑定为可验证的授权证据。这使得数据控制者能够在不获知个人可识别信息的情况下验证检索请求的合法性，从而同时支持合法性原则和数据最小化原则。

（3）**将匿名授权与高效隐私保护检索集成。** 该协议应确保数据请求者仅获取与其授权查询相对应的记录，同时支持保密性、批量检索和可扩展性。

为实现上述目标，我们提出了**可识别的授权型隐私保护数据检索协议（IAPDR）**，聚焦于GDPR框架下的数据主体隐私保护。IAPDR提供了一种统一的协议设计，将DID兼容的身份绑定、面向检索的匿名授权以及高效隐私保护的批量检索连接在一起。具体而言，该协议首先使用Pedersen承诺构建隐私保护的DID标识符；随后采用NIZK证明将数据主体的同意绑定到特定的检索上下文；为支持可扩展的检索，协议进一步集成了PSI-Payload与多查询反向私有成员测试（mqRPMT）以及不经意传输扩展（OTE），从而实现受保护的载荷传输。这一设计使得DC能够在不获知DS真实身份的情况下验证检索请求的合法性，同时确保DR仅获取授权的匹配记录。我们进一步提供了形式化安全分析和实验评估，以证明IAPDR的安全性和实用性。我们的贡献总结如下：

- **基于承诺绑定的DID标识符用于匿名授权。** 我们提出了一种针对授权型隐私保护数据检索的Pedersen承诺绑定DID标识符。该标识符将数据主体的身份属性与相应的DID文档进行绑定，同时在授权验证过程中隐藏这些属性。这使得DC能够验证授权证明源自有效的数据主体身份，而无需了解底层身份，从而为匿名授权建立了隐私保护的身份基础。

- **面向检索的匿名授权。** 我们提出了一种针对授权型隐私保护数据检索的匿名授权机制。该机制并非呈现DID与零知识证明的通用组合，而是将承诺绑定的DID标识符、数据主体的知情同意以及检索上下文绑定为可验证的授权证明。由此，数据控制者能够在不获知个人可识别信息的情况下验证检索请求的合法性，同时支持合法性原则和数据最小化原则。

- **基于高效PSI-Payload的批量检索。** 我们通过将mqRPMT用于在线批量匹配和预计算，并结合基于OTE的安全载荷传输来实现PSI-Payload。该设计减少了在线交互轮次和带宽使用，同时确保保密性：仅交集项目可以被解密，而非交集的标识符和载荷均保持隐藏。因此，IAPDR在实际中支持高效的批量检索和可扩展性。

- **形式化安全性与实际效率。** 我们提供了形式化分析，证明IAPDR实现了匿名性和不可伪造性，并在UC框架下对其针对半诚实对手的安全性进行了分析。在相同的数据库和网络条件下，IAPDR与相关工作相比展现了实际的效率优势。

例如，从包含 216 条记录的数据库中查询 210 个关键字仅需 9.04 秒和 9.012 MB，而授权仅需 2.09 秒和 2.7 MB，这证明了其在大规模授权检索方面的可扩展性。
大纲：我们在第 2 节回顾了相关工作，并在第 3 节介绍了必要的预备知识。在第 4 节中，我们定义了所提出的协议，并展示了其主要构造和安全性证明。我们在第 5 节从理论和实践两个角度对提出的协议进行了评估。讨论和结论在第 6 节中给出。在附录 A 中，我们提供了详细的 DID 兼容身份绑定构造。在附录 B 中，我们证明了 IAPDR 的两个额外安全属性。附录 C 中提供了更多实验结果。
章节片段 相关工作 基于对现有方法局限性的分析，表 1 进一步根据实际需求总结并分类了现有的基于授权的私有检索方案，突出了它们在 GDPR 合规性、可扩展性和检索效率方面的局限性。
预备知识 本节整合了 IAPDR 的理论基础，包括 ECDLP、ECDH 和 ECDDH 等形式化困难假设。本节还讨论了分叉引理（Forking Lemma）、Pedersen 承诺、Schnorr 协议以及用于隐私保护集匹配的 mqRPMT，以及用于可扩展负载传输的 OT 扩展。本节阐明了每种密码原语如何实例化和组合以实现匿名性、不可伪造性和最小数据泄露的目标。
IAPDR 在本节中，我们首先标准化了全文使用的符号，并展示了系统模型和高层概述，澄清了 DS、DR 和 DC 的角色以及 GDPR 合规、基于授权的检索的设计目标。然后，我们通过定义六个核心阶段——设置（Setup）、生成 DID（GenDID）、授权（Authorize）、认证（Authenticate）、MathKey 和传输记录（TranRec）——来形式化 IAPDR 功能，并提供理想功能（?IAPDR）。在此基础上，我们给出了每个阶段的完整协议细节一起
评估 在本节中，我们将介绍 IAPDR 在效率和实用性方面的理论和实验数据。首先，我们从计算、通信和安全属性方面将 IAPDR 与代表性的授权隐私保护数据检索方案进行比较。然后，我们报告了现实场景下的实验结果。结果表明，IAPDR 始终实现更低的开销、更广泛的功能覆盖，以及大规模 GDPR 合规批次
讨论与结论 本节讨论了 IAPDR 如何契合 GDPR 合规框架，并澄清了其范围和边界。我们进一步定位了 IAPDR 相对于先前授权检索方案的位置，总结了其理论和实践意义，并以未来方向作为结论。
CRediT 作者贡献声明 吴佐东：写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿，方法论，形式分析。张大卫：可视化，监督，经费获取，形式分析。李勇：调查，数据整理。
利益冲突声明 作者声明他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能会被视为影响本文报告的工作。
吴佐东 | 张大卫 | 李勇