第2讲：匿踪查询（PIR）

Yssbxjd 2024-12-01 22:21:03

匿踪查询（PIR）

本讲深入探究了匿踪查询（PIR）技术，为数据查询隐私保护提供关键思路与方法。

一、PIR的定义

PIR 核心在于，服务器持有数据集，客户端发起查询，经 PIR 计算，客户端精准获取查询对应数据，同时确保服务器不知客户端所取数据，客户端亦对无关数据毫无知晓，全方位捍卫隐私。如医疗数据查询场景，患者查询自身记录时，医疗机构无法洞悉查询内容，保障医疗隐私。

二、PIR的分类

依据敌手能力分类
- 信息论安全 PIR：可抵御计算能力无边界敌手攻击，理论安全性极高，为隐私筑牢最强防线。
- 计算 PIR：针对计算能力受限敌手设计，契合现实多数攻击场景，平衡安全性与效率。
依据服务器数量分类
- 单服务器 PIR：于现实应用部署更具优势，虽可能需强大如全同态加密（FHE）等密码学原语支撑，但单服务器架构简化管理运维。
- 双服务器 PIR：运用分布式点函数（DPF）等密码原语效率更佳，然实施难度高，需服务器间严格非共谋且协同，数据存储与管理复杂。
依据查询方式分类
- 索引 PIR：客户端明确数据存储索引，查询精准直接，适用于已知数据位置情况。
- 关键字 PIR：客户端依关键字模糊查询，无需知晓数据确切位置，搜索范围广但计算与通信成本或更高，如文献数据库检索。

三、技术方案

平凡方案（基于同态加密算法如 Paillier）：实现简易，但通信成本高昂。客户端逐数据加密查询，服务器处理后返回，大量加密解密运算致通信负担剧增，大规模数据查询效率堪忧。

基于同态加密（HE）的 PIR（如 Fan - Vercauteren 方案）：服务器将数据库数据转为同态明文，客户端依索引构建加密查询向量，服务器算向量与明文内积，客户端解密得结果。虽功能强大可实现复杂计算，但计算与通信开销大。优化版 SealPIR 采用多数据包组合同态明文、压缩查询向量等策略降成本、提效率，支持多维查询与批量处理，百万级数据查询秒级响应。