不经意随机访问机的性能优化研究

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不经意随机访问机(Oblivious Random Access Machine,ORAM)是一种密码原语,它可以消除用户访问内存时轨迹中的信息泄露,隐藏了在不可信环境下用户的访问模式,使得对于任意两个相同长度的逻辑访问序列,客户端和服务器之间的可观察通信在计算上是不可区分的,从而保护数据隐私。然而目前一些效率比较高的ORAM方案一般都有着O(log N)的带宽放大,或者是依靠昂贵的计算开销来实现所谓的O(1)带宽突破,性能方面难以满足实际部署需求。针对上述不经意随机访问机性能方面的问题,设计实现了一种适用于小型客户端存储的性能较优的可实际部署的树形ORAM方案SRORAM(Shift and Root eviction ORAM)。SRORAM包括数据读取、移位根驱逐和提前混洗三个模块,在保护访问模式的同时,相较于以往的ORAM方案降低了开销。通过先在服务器端移位改变数据块位置再驱逐根桶的驱逐算法,降低驱逐过程的开销,实现了O(1)的带宽突破和O(1)的客户端存储,且不需要借助复杂的同态加密,在保证安全性的同时降低了计算开销和服务器与客户端之间的通讯开销,优化了性能。采用业界通用的实验评估方法,从访问延迟和带宽放大等方面评估了SRORAM的性能表现。实验结果表明,与现有技术中适用于小型客户端存储的代表性Ring ORAM方案相比,SRORAM的端到端延迟低1.6倍到2倍;其次,在带宽放大方面,SRORAM比对比方案优1.4倍到1.8倍,而作为代价的服务器计算和存储消耗几乎可以忽略。
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