論文の概要: HOPE: Homomorphic Order-Preserving Encryption for Outsourced Databases -- A Stateless Approach

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.17009v1
• Date: Tue, 26 Nov 2024 00:38:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-27 13:33:38.477401
• Title: HOPE: Homomorphic Order-Preserving Encryption for Outsourced Databases -- A Stateless Approach
• Title（参考訳）: HOPE: アウトソースデータベースの同型順序保存暗号化 -- ステートレスアプローチ
• Authors: Baiqiang Wang, Dongfang Zhao,
• Abstract要約: Homomorphic OPE(Homomorphic OPE)は、クライアント側のストレージを排除し、クエリ実行中に追加のクライアントサーバ間のインタラクションを回避する新しいOPEスキームである。 我々は、広く受け入れられているIND-OCPAモデルの下で、HOPEの正式な暗号解析を行い、その安全性を証明した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1701842638497677
• License:
• Abstract: Order-preserving encryption (OPE) is a fundamental cryptographic tool for enabling efficient range queries on encrypted data in outsourced databases. Despite its importance, existing OPE schemes face critical limitations that hinder their practicality. Stateful designs require clients to maintain plaintext-to-ciphertext mappings, imposing significant storage and management overhead. Stateless designs often rely on interactive protocols between the client and server, leading to high communication latency and limited scalability. These limitations make existing schemes unsuitable for real-world applications that demand simplicity, efficiency, and scalability. In this work, we present Homomorphic OPE (HOPE), a new OPE scheme that eliminates client-side storage and avoids additional client-server interaction during query execution. HOPE leverages the additive property of homomorphic encryption to introduce a novel comparison key mechanism, which transforms ciphertext comparison into a randomized difference computation. This mechanism ensures that only the sign of the comparison is preserved while fully masking the underlying plaintext values, enabling secure and efficient range queries without leaking additional information about the data. We provide a formal cryptographic analysis of HOPE, proving its security under the widely accepted IND-OCPA model. Our proofs rigorously demonstrate that the comparison key mechanism reveals no information beyond the order of the plaintexts and ensures resistance to both chosen-plaintext attacks and frequency analysis. To validate the practicality of HOPE, we conduct extensive experiments comparing it with state-of-the-art OPE schemes. The results demonstrate that HOPE achieves competitive query performance while addressing the key limitations of existing designs, making it a scalable and secure solution for outsourced database systems.
• Abstract（参考訳）: 順序保存暗号化(OPE)は、外部データベースの暗号化データに対する効率的な範囲クエリを実現するための基本的な暗号ツールである。 その重要性にもかかわらず、既存のOPEスキームは実用性を妨げる重要な制限に直面している。 ステートフルな設計では、クライアントは平文から暗号へのマッピングをメンテナンスし、ストレージと管理のオーバーヘッドを大幅に減らす必要がある。 ステートレス設計は、しばしばクライアントとサーバの間の対話的なプロトコルに依存し、高い通信遅延と限られたスケーラビリティをもたらす。 これらの制限により、既存のスキームは、シンプルさ、効率性、スケーラビリティを必要とする現実世界のアプリケーションには適さない。 本研究では,クライアント側ストレージを排除し,クエリ実行中にクライアントとサーバのインタラクションを追加する新たなOPEスキームであるHomomorphic OPE(HOPE)を提案する。 HOPEは、暗号文比較をランダム化差分計算に変換する新しい比較鍵機構を導入するために、同型暗号の付加特性を利用する。 このメカニズムは、基礎となるプレーンテキスト値を完全に隠蔽しながら、比較のサインのみが保存されることを保証し、データに関する追加情報を漏らさずに、セキュアで効率的なレンジクエリを可能にする。 我々は、広く受け入れられているIND-OCPAモデルの下で、HOPEの正式な暗号解析を行い、その安全性を証明した。 本証明は, 比較鍵機構が平文の順序以外の情報を明らかにしないことを厳密に証明し, 選択した平文攻撃と周波数解析の両方に対する抵抗性を保証するものである。 HOPEの実用性を検証するため,本手法を最先端のOPE方式と比較した広範囲な実験を行った。 その結果、HOPEは既存の設計の重要な制約に対処しながら、競合するクエリ性能を実現し、アウトソースデータベースシステムに対するスケーラブルでセキュアなソリューションであることを実証した。

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