It is well known that encryption alone is not enough to protect data privacy. Access patterns, revealed when operations are performed, can also be leveraged in inference attacks. Oblivious RAM (ORAM) hides access patterns by making client requests oblivious. However, existing protocols are still limited in supporting concurrent clients and Byzantine fault tolerance (BFT). We present MVP-ORAM, the first wait-free ORAM protocol that supports concurrent fail-prone clients. In contrast to previous works, MVP-ORAM avoids using trusted proxies, which require additional security assumptions, and concurrency control mechanisms based on inter-client communication or distributed locks, which limit overall throughput and the capability of tolerating faulty clients. Instead, MVP-ORAM enables clients to perform concurrent requests and merge conflicting updates as they happen, satisfying wait-freedom, i.e., clients make progress independently of the performance or failures of other clients. Since wait and collision freedom are fundamentally contradictory goals that cannot be achieved simultaneously in an asynchronous concurrent ORAM service, we define a weaker notion of obliviousness that depends on the application workload and number of concurrent clients, and prove MVP-ORAM is secure in practical scenarios where clients perform skewed block accesses. By being wait-free, MVP-ORAM can be seamlessly integrated into existing confidential BFT data stores, creating the first BFT ORAM construction. We implement MVP-ORAM on top of a confidential BFT data store and show our prototype can process hundreds of 4KB accesses per second in modern clouds.


翻译:众所周知,仅靠加密不足以保护数据隐私。执行操作时揭示的访问模式也可能被用于推断攻击。不经意随机存取存储器(ORAM)通过使客户端请求不可区分来隐藏访问模式。然而,现有协议在支持并发客户端和拜占庭容错(BFT)方面仍存在局限。本文提出MVP-ORAM,首个支持并发容错客户端的无等待ORAM协议。与先前工作不同,MVP-ORAM避免了使用需要额外安全假设的可信代理,以及基于客户端间通信或分布式锁的并发控制机制(这些机制会限制整体吞吐量和容错客户端能力)。相反,MVP-ORAM允许客户端执行并发请求并在冲突发生时即时合并更新,满足无等待性——即客户端的进展独立于其他客户端的性能或故障。由于在异步并发ORAM服务中,无等待性与无冲突性本质上是相互矛盾且无法同时实现的目标,我们定义了一种依赖于应用工作负载和并发客户端数量的较弱不经意性概念,并证明MVP-ORAM在客户端执行偏斜块访问的实际场景中是安全的。凭借无等待特性,MVP-ORAM可无缝集成到现有机密BFT数据存储中,形成首个BFT ORAM架构。我们在机密BFT数据存储上实现了MVP-ORAM,实验表明原型系统在现代云环境中每秒可处理数百次4KB访问请求。

0
下载
关闭预览

相关内容

【NeurIPS2019】图变换网络:Graph Transformer Network
专知会员服务
112+阅读 · 2019年11月25日
AAAI 2022 | ProtGNN:自解释图神经网络
专知
10+阅读 · 2022年2月28日
【NeurIPS2019】图变换网络:Graph Transformer Network
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
AAAI 2022 | ProtGNN:自解释图神经网络
专知
10+阅读 · 2022年2月28日
【NeurIPS2019】图变换网络:Graph Transformer Network
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员