Join-group-aggregation (JGA) queries are fundamental to data analytics, yet executing them collaboratively across different parties poses significant privacy risks. Secure multi-party computation (MPC) offers a cryptographic solution. However, existing MPC-based JGA approaches consider only a one-time query paradigm and suffer from significant performance bottlenecks. It executes expensive join operations from scratch across multiple queries and employs inefficient group-aggregation (GA) protocols, both of which hinder their practical use for scalable, real-time analysis. This paper introduces MapComp, a novel view-based framework to facilitate JGA queries for secure collaborative analytics. Through specially crafted materialized views for join and novel design of GA protocols, MapComp removes duplicate join workload and expedites subsequent GA, improving the efficiency of JGA query execution. To address the challenge of continuous data updates, our materialized view offers payload-independence feature and provides significant efficiency improvements in view refreshing with free MPC overhead. This feature, on the other hand, also allows further acceleration for GA, where we devise multiple novel protocols that outperform prior works. Notably, our work represents the first endeavor to expedite secure collaborative JGA queries using materialized views. Our rigorous experiments demonstrate a significant advantage of MapComp, achieving up to a 308.9x improvement in efficiency over the baseline in real-world query simulations. Moreover, our optimized GA protocols achieve up to a 1140.5x improvement compared to prior oblivious sorting-based solutions.


翻译:连接-分组-聚合(JGA)查询是数据分析的基础,然而在不同参与方之间协同执行此类查询会带来显著的隐私风险。安全多方计算(MPC)提供了一种密码学解决方案。然而,现有的基于MPC的JGA方法仅考虑一次性查询范式,且存在显著的性能瓶颈。这些方法在多个查询中重复执行昂贵的连接操作,并采用低效的分组-聚合(GA)协议,这两者都阻碍了其在可扩展、实时分析中的实际应用。本文提出MapComp,一种新颖的基于视图的框架,旨在促进安全协同分析中的JGA查询。通过为连接专门设计的物化视图以及新颖的GA协议设计,MapComp消除了重复的连接工作负载,并加速了后续的GA操作,从而提高了JGA查询执行的效率。为应对持续数据更新的挑战,我们的物化视图具备载荷无关特性,并在视图刷新过程中以零MPC开销实现了显著的效率提升。这一特性另一方面也允许进一步加速GA操作,为此我们设计了多种新颖协议,其性能优于先前工作。值得注意的是,本研究首次尝试利用物化视图来加速安全协同JGA查询。我们严格的实验表明MapComp具有显著优势,在真实查询模拟中效率较基线提升高达308.9倍。此外,我们优化的GA协议相比先前基于不经意排序的解决方案实现了高达1140.5倍的性能提升。

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