HOPE：面向 outsourced 数据库的同态保持加密顺序保护 -- 无状态方法
摘要
顺序保持加密（OPE）是一种基本的密码学工具，用于在 outsourced 数据库中启用加密数据的高效范围查询。尽管其重要性不言而喻，但现有的 OPE 方案面临关键限制，阻碍其实际应用。有状态设计要求客户端维护 plaintext-to-ciphertext 映射，造成显著的存储和管理开销。无状态设计通常依赖于客户端和服务器之间的交互式协议，导致高通信延迟和可扩展性有限。这使得现有方案不适用于需要简单性、效率和可扩展性的实际应用。在本工作中，我们提出了同态保持加密（HOPE），一种新的 OPE 方案，可消除客户端存储并避免查询期间额外的客户端-服务器交互。HOPE 利用同态加密的加法属性，引入一种新颖的比较密钥机制，将 ciphertext 比较转换为随机差计算。这一机制确保仅保留比较的符号，同时完全遮蔽底层 plaintext 值，从而在不泄露额外数据信息的情况下实现安全且高效的范围查询。我们对 HOPE 提供了形式上的密码学分析，证明其在广泛接受的 IND-OCPA 模型下的安全性。我们的证明严格地表明，比较密钥机制仅泄露 plaintext 顺序信息，并能抵抗选择性明文攻击和频率分析。为验证 HOPE 的实际性，我们进行了大量实验，将其与最先进的 OPE 方案进行了比较。结果表明，HOPE 在实现竞争性查询性能的同时，解决了现有设计的关键限制，成为 outsourced 数据库系统中一种可扩展且安全的解决方案。
引用
@article{arxiv.2411.17009,
title = {HOPE: Homomorphic Order-Preserving Encryption for Outsourced Databases -- A Stateless Approach},
author = {Baiqiang Wang and Dongfang Zhao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.17009},
year = {2025}
}
备注
We have recently found a technical flaw of this paper: the protocol is not secure due to the leak of semantic equality of any multiples of the private key. Since the whole paper's security is based on the assumption of the secrecy of the private key, this issue makes the entire protocol insecure. We don't have a quick way to fix this, so we'd like to withdraw this paper