GridSE：基于前缀对称可搜索加密的实用安全地理搜索

基于位置的服务和应用的普及使得数据和位置隐私备受关注。虽然通用的安全计算和隐私增强技术可以部分解决这一问题，但一个突出的挑战是提供近乎无延迟的搜索以及与主流地理搜索技术（尤其是离散全球网格系统 DGGS）的兼容性。本文提出了一种名为 GridSE 的新构造，用于实现高效且兼容 DGGS 的安全地理搜索（SGS），并同时具备后向和前向隐私。我们首先形式化了一种称为对称前缀谓词加密（SP$^2$E）的语义安全原语概念，用于判断一个关键词是否包含给定的前缀，并给出了一个构造。然后，我们将 SP$^2$E 扩展为动态前缀对称可搜索加密（pSSE），即 GridSE，它同时支持后向和前向隐私。GridSE 仅使用轻量级原语，包括密码学哈希和异或操作，因此极为高效。此外，我们提供了一个通用的 pSSE 框架，使得仅支持完整关键词搜索的传统动态 SSE 能够进行前缀搜索。在条目数量从 $10^3$ 到 $10^7$ 的真实世界地理数据库和主流 DGGS 技术上的实验结果表明，与现有最优技术相比，GridSE 在搜索延迟上实现了 $150\times$ 到 $5000\times$ 的加速，并在通信开销上节省了 $99\%$。有趣的是，即使与明文搜索相比，GridSE 也仅引入了 $1.4\times$ 的额外计算成本和 $0.9\times$ 的额外通信成本。我们方案的源代码可在 https://github.com/rykieguo1771/GridSE-RAM 获取。