Searchable Symmetric Encryption (SSE) allows a data owner to securely outsource its encrypted data to a cloud server while maintaining the ability to search over it and retrieve matched documents. Most existing SSE schemes leak which documents are accessed per query, i.e., the so-called access pattern, and thus are vulnerable to attacks that can recover the database or the queried keywords. Current techniques that fully hide access patterns, such as ORAM or PIR, suffer from heavy communication or computational costs, and are not designed with search capabilities in mind. Recently, Chen et al. (INFOCOM'18) proposed an obfuscation framework for SSE that protects the access pattern in a differentially private way with a reasonable utility cost. However, this scheme leaks the so-called search pattern, i.e., how many times a certain query is performed. This leakage makes the proposal vulnerable to certain database and query recovery attacks. In this paper, we propose OSSE (Obfuscated SSE), an SSE scheme that obfuscates the access pattern independently for each query performed. This in turn hides the search pattern and makes our scheme resistant against attacks that rely on this leakage. Under certain reasonable assumptions, our scheme has smaller communication overhead than ORAM-based SSE. Furthermore, our scheme works in a single communication round and requires very small constant client-side storage. Our empirical evaluation shows that OSSE is highly effective at protecting against different query recovery attacks while keeping a reasonable utility level. Our protocol provides significantly more protection than the proposal by Chen et al.~against some state-of-the-art attacks, which demonstrates the importance of hiding search patterns in designing effective privacy-preserving SSE schemes.


翻译:可搜索的对称加密( SSE) 使数据所有人能够安全地将其加密数据外包给云服务器,同时保持搜索和检索匹配文件的能力。 大多数现有的 SSE 计划泄漏文件,每个查询即所谓的访问模式,因此很容易受到攻击,从而可以恢复数据库或查询关键词。 完全隐藏访问模式的现有技术,如 ORAM 或 PIR 等,有沉重的通信或计算成本,并且没有在设计时考虑搜索能力。 最近, Chen 等人(INFOCOM'18) 提议为 SSE 建立一个模糊框架,以不同的私人方式保护访问模式,同时合理的使用成本。然而,这个计划泄露了所谓的搜索模式,即所谓的访问模式,从而可能发生多少次某种特定查询。 这种渗漏使得建议容易受到某些数据库和查询攻击。 在本文中,我们建议OSE (Offormation SSE), 一种通过保持每个查询的独立访问模式来模糊访问访问模式。 这反过来隐藏了我们自身搜索模式, 而S-SE的搜索模式则显示我们不断的搜索模式。

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