SqORAM: Read-Optimized Sequential Write-Only Oblivious RAM
不经意RAM协议（ORAM）允许客户端从不受信任的存储设备访问数据，而不会泄露访问模式。通常，ORAM攻击者可以观察读访问和写访问。只写式SRAM的目标是更实用的、仅监视客户端写入的{ \em多快照攻击者}--这通常适用于可信可否认性和审查弹性系统。这允许只写的DRAM实现显著更好的渐近性能。然而，这些明显的收益并没有在实际部署中实现，主要是由于用于打破逻辑和物理名称空间之间的相关性的随机数据放置策略，这是写访问隐私所需的属性。随机访问在旋转磁盘和SSD上的性能都很差（通常会显著增加磨损，并干扰磨损均衡机制）。在这项工作中，我们介绍了SqORAM，一个新的本地保存只写ORAM，保留写访问隐私，而不需要随机数据访问。逻辑域中彼此靠近的数据块在物理介质上非常接近。重要的是，SqORAM会随着时间的推移保持这种数据局部性属性，从而显著提高读取吞吐量。对于标准工作负载，完整的Linux内核级SqORAM实现比非本地保留解决方案快100倍，对于典型的文件系统工作负载，比最先进的解决方案快60-100%。
2019-08-17 cs.CR
Revisiting Definitional Foundations of Oblivious RAM for Secure Processor Implementations
不经意RAM（ORAM）是一种著名的技术，用于隐藏应用程序对不可信内存的访问模式。根据Goldreich和Ostrovsky提出的标准ORAM定义，如果两个ORAM访问序列的长度相同分布，则这些序列必须在计算上不可区分。这个定义的一个缺陷是它不适用于适应当前安全处理器技术的现代ORAM实现，因为它们的存储器访问序列的任意长度取决于程序的行为（它们的终止时间）。因此，ORAM的定义并不直接适用; ORAM的理论基础并没有明确讨论定时和终止通道。本文针对现代实用的ORAM（例如，Path ORAM），并展示了理论基础和实际实现之间的差距。提出了一种新的ORAM公式，它清楚地分离出终端沟道泄漏。它示出了如何这个定义意味着标准的ORAM定义（有限长度的输入访问序列），更好地适应现代实用的ORAM实现。所提出的定义放松了路径ORAM的存储容量和溢出概率的约束，并从本质上将其安全性问题转化为性能考虑问题。最后，一个“强”的ORAM制定，其中明确包括混淆的终止泄漏，暗示我们的新的ORAM制定和适用于ORAM外包磁盘存储。在这个强公式中，约束没有放松，并且路径ORAM的安全性论证仍然很复杂，因为需要证明隐藏溢出的概率可以忽略不计。
2017-10-21 cs.CR
The Pyramid Scheme: Oblivious RAM for Trusted Processors
现代处理器，例如，英特尔SGX允许应用程序将秘密代码和数据隔离在称为安全区的加密内存区域中。虽然加密有效地隐藏了内存的内容，但由密码发出的地址引用序列会泄漏信息。这是一个严重的问题，因为这些泄漏可以很容易地打破飞地的机密性保证。在本文中，我们探讨了不经意RAM（ORAM）的设计，防止这些信息泄漏的限制下，现代SGX处理器。大多数的有机随机存取存储器都不适合这些处理器，因为它们有很高的恒定开销系数，或者需要很大的专用存储器，而这些专用存储器在这些处理器中是不可用的。我们解决了这些限制与一个新的分层ORAM建设，金字塔ORAM，这是对在线带宽成本和小块优化。它使用了一种新的哈希方案，避免了以前分层方案的复杂性。我们提出了一个高效的x64优化的实现金字塔ORAM，只使用处理器的寄存器作为私有内存。我们比较金字塔ORAM与电路ORAM，一个国家的最先进的基于树的ORAM计划，也使用恒定的私有内存。金字塔ORAM比电路ORAM具有更好的在线渐近复杂度。我们的金字塔ORAM和电路ORAM的实现验证了这一点：作为所有的分层方案，金字塔ORAM具有高的访问延迟变化;虽然延迟可能是高的一些访问，对于典型的配置，金字塔ORAM提供的访问延迟是8倍，比电路ORAM的99%的访问。虽然最著名的分层ORAM具有更好的渐近复杂度，但金字塔ORAM具有显著更低的常数开销因子，使其成为实践中的首选。
2017-12-21 cs.CR
Differentially Private Oblivious RAM
在这项工作中，我们调查，如果统计隐私可以提高性能的ORAM机制，同时提供严格的隐私保证。我们提出了一个正式的和严格的框架，用于开发具有统计安全性的ORAM协议，差分专用ORAM（DP-ORAM）。我们提出根ORAM，家庭的DP-ORAM，提供了一个可调的，多维的权衡所需的带宽开销，本地存储和系统安全性。我们从理论上分析根ORAM来量化其安全性和性能。我们通过实验证明了根ORAM的好处，并发现（1）根ORAM可以将本地存储开销降低约2倍，以获得合理的隐私预算值，显著增强内存有限平台（如可信执行环境）的性能，以及（2）根ORAM允许带宽，存储和隐私之间的可调权衡，将带宽开销减少2 - 10倍（以增加存储/统计隐私为代价），从而显著减少云环境的ORAM访问权限。我们还通过香农熵和最小熵的信息理论度量的镜头分析了DP-ORAMs的隐私保证[16]。最后，Root ORAM非常适合具有类似访问模式的应用程序，我们通过私有信息检索应用程序展示了它的实用性。
2018-07-15 cs.CR
Privacy-Preserving Access of Outsourced Data via Oblivious RAM Simulation
假设一个客户端Alice将她的数据外包给了一个外部存储提供商Bob，因为他有能力存储她的大数据集，大小为n，而她的私人存储空间要小得多，比如说，对于某个常数r > 1，大小为O（n^{1/r}）。Alice信任Bob来维护她的数据，但她希望保持其内容的私密性。当然，她可以加密她的数据，但她也希望对Bob隐藏她的访问模式。我们描述了一个小的对数或多对数摊销增加访问时间的不经意的RAM模拟问题的计划，具有很高的成功概率，同时保持外部存储的大小为O（n）。为了实现这一目标，我们的算法贡献包括一个并行MapReduce布谷鸟哈希算法和外部存储器dataoblivious排序算法。
2011-05-02 cs.CR cs.DC cs.DS
Introducing Fast and Secure Deterministic Stash Free Write Only Oblivious RAMs for Demand Paging in Keystone
Keystone是基于RISC-V架构的可信执行环境。它将内存分为安全的Keystone私有内存和不安全的非Keystone内存，并允许Keystone私有内存中的代码安全地执行。Keystone中的简单请求分页最终会将Keystone应用程序的敏感访问模式泄漏到操作系统（OS），这被认为是恶意的。这是因为，要访问不安全的非Keystone内存，Keystone需要操作系统的支持。为了缓解这一点，Keystone需要实现不经意的需求分页，同时通过使用不经意RAM（ORAM）技术混淆其页面访问模式。这会导致应用程序执行速度大幅减慢。在本文中，我们通过使用确定性，无隐藏，只写ORAM（DetWoORAM）的不经意的需求分页，在Keystone中弥合了应用程序执行时间与不安全和安全需求分页之间的性能差距。我们还展示了为什么DetWoORAM，这是一个只写的ORAM，是足够的不经意的需求分页。DetWoORAM将内存逻辑地划分为主区域和保持区域。实际页面存储在主区域中。我们提出了两个增强DetWoORAM，改善应用程序执行速度减慢。第一个增强，我们称之为Eager DetWoORAM，涉及页面预加载，利用DetWoORAM的确定性访问模式，并试图隐藏ORAM延迟。第二个增强，我们称之为并行DetWoORAM，涉及产生多个线程，每个线程执行DetWoORAM内存访问算法的一部分。与显示[1.…
2021-06-18 cs.CR cs.PF
Flat ORAM: A Simplified Write-Only Oblivious RAM Construction for Secure Processors
不经意RAM（ORAM）是一种加密原语，其混淆对存储的访问模式，从而防止隐私泄露。到目前为止，在目前的文献中，只有“全功能”的DRAM被广泛研究，可以保护，在相当大的性能损失的成本，对强大的对手谁可以监视所有的读和写操作。然而，最近的研究表明，即使只有写访问模式（而不是读）对对手可见，信息仍然可以泄露。对于这些较弱的对手，一个功能齐全的ORAM被证明是一个矫枉过正，造成不必要的开销。相反，一个简单的“只写”ORAM就足够了，更有趣的是，它是首选，因为它可以提供比全功能ORAM更高的性能和能效。在这项工作中，我们提出了平面ORAM：一个有效的只写ORAM计划，其性能优于最接近现有的只写ORAM称为HIVE。HIVE在管理对协议正确性至关重要的内存占用信息时遇到了性能瓶颈。Flat ORAM通过引入一个简单的Occupational Map（OccMap）概念来解决这些瓶颈，OccMap可以有效地管理内存占用信息，从而获得更好的性能。我们的模拟结果表明，平均而言，平面ORAM只会导致适度放缓$3\times$在不安全的DRAM之间的内存密集型基准飞溅2和$1.6\times$的SPEC06。与HIVE相比，Flat ORAM提供了$50\%$平均性能增益和高达$80\%$的节能效果。
2017-09-10 cs.AR cs.CR
ObliviSync: Practical Oblivious File Backup and Synchronization
不经意RAM（ORAM）协议是一种强大的技术，它可以隐藏客户端的数据以及不受信任的服务提供商的访问模式。我们提出了一个不经意的云存储系统，ObliviSync，专门针对最广泛使用的个人云存储范例之一：同步和备份服务，其中流行的例子是Dropbox，iCloud Drive和Google Drive。这种设置提供了一个独特的机会，因为上述隐私属性可以通过称为只写ORAM的更简单形式的ORAM来实现，与相关工作相比，它可以显著提高效率。我们的解决方案是渐近最优的，实际上是有效的，与非私有文件存储相比，大约4倍的小恒定开销，仅取决于根据使用率选择的总数据大小和参数，而不是单个文件的数量或大小。我们的建设还提供了对定时通道攻击的保护，这在ORAM协议中以前没有考虑过。我们构建并评估了ObliviSync的完整实现，该实现支持多个并发只读客户端和一个并发读/写客户端，其编辑自动无缝地传播到读者。我们表明，我们的系统在高工作负载下的功能，与现实的文件大小分布，并与小的额外延迟（与基线加密文件系统相比）时，与Dropbox作为同步服务配对。
2016-12-02 cs.CR
Delegated-Query Oblivious Transfer and its Practical Applications
针对现有不经意传输（OT）研究忽视实际应用需求的问题，提出二选一委托查询OT、多接收方委托查询OT及瘦客户端OT编译器，拓展OT在数据库隐私保护等场景的实用性。
2024-06-21 cs.CR
A Practical Oblivious Map Data Structure with Secure Deletion and History Independence
我们提出了一个新的不经意的RAM，支持可变大小的存储块（vORAM），这是第一个ORAM，允许不同的块大小，没有琐碎的填充。我们还提出了一个新的历史无关的数据结构（HIRB树），可以存储在一个vORAM。总之，这种构造为键/值映射提供了有效且实用的不经意数据结构（ODS），并且与现有ODS映射相比进一步提供了额外的隐私保证：即使在客户端受损时，已删除的数据和旧操作的历史仍然对攻击者隐藏。我们使用Amazon Web Services实现和测量了我们的系统的性能，并且对于一个实际的数据库（最多$2^{18}$条目），单次操作时间小于1秒。这表示与Wang等人（CCS 14）的当前最佳不经意映射数据结构（其既不提供安全删除也不提供历史独立性）相比100倍的加速。
2015-11-20 cs.CR cs.DS
A Practical Protocol for Quantum Oblivious Transfer from One-Way Functions
Sorbonne Université, CNRS, LIP6（索邦大学，法国国家科学研究中心，LIP6）；KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）
提出一种基于单向函数的量子不经意传输协议，在普通模型中实现模拟安全性，并通过改进效率和提供错误校正分析，促进实验实现。
2026-05-29 cs.CR quant-ph
OblivCDN: A Practical Privacy-preserving CDN with Oblivious Content Access
针对现有隐私保护CDN方案成本高、集成难的问题，研究提出OblivCDN系统，通过适配Range ORAM、定制不经意模块优化性能，无需边缘端可信硬件，流媒体下载速度较现有方案大幅提升。
2025-01-13 cs.CR
Oblivious Median Slope Selection
研究了不经意RAM模型中的中值斜率选择问题。在这种模型中，存储器访问必须独立于所处理的数据，即，对手不能使用观察到的访问模式来导出关于输入的附加信息。我们展示了如何修改Matoušek（1991）的随机算法以获得$\mathbb{R}^2$中$n$点的具有$\mathcal{O}(n \log^2 n)$期望时间的不经意版本。这种复杂性与理论上的上限相匹配，该上限可以通过一般的不经意变换获得。此外，从概念验证的实施结果表明，我们的算法也是实际有效的。
2023-02-24 cs.CG cs.CR cs.DS
Oblivious DNS over HTTPS (ODoH): A Practical Privacy Enhancement to DNS
域名系统（DNS）是人类可用的互联网的基础，响应客户端对具有相应IP地址和记录的主机名的查询。传统DNS也是未加密的，会将用户信息泄露给网络运营商。最近使用DNS over TLS（DoT）和DNS over HTTPS（DoH）来保护DNS的努力已经获得了越来越多的关注，表面上保护了流量并隐藏了旁观者的内容。然而，对DoT和DoH的批评之一是由于少量的大规模部署（例如，Comcast，Google，Cloudflare）：DNS解析器可以将查询内容与IP地址形式的客户端身份相关联。不经意DNS over HTTPS（ODoH）可防止此问题。在本文中，我们问什么将采取使ODoH实用？我们描述ODoH，一个实用的DNS协议，旨在解决这个问题，保护客户端的内容和身份。我们实现和部署协议，并进行测量，以表明ODoH具有与DoH和DoT等协议相当的性能，这些协议正在获得广泛采用，同时提高客户端隐私，使ODoH成为DNS使用的实用隐私增强替代品。
2020-11-19 cs.CR cs.NI
Making Your Program Oblivious: a Comparative Study for Side-channel-safe Confidential Computing
本文针对TEE中侧信道攻击问题，系统对比了多种数据无关转换方法，并通过基准TEE应用实现和实证研究，为研究者选择合适方案提供了性能和易用性依据。
2023-08-12 cs.CR
DOVE: A Data-Oblivious Virtual Environment
用户可以通过使用可信执行环境（TEE）来防止直接自省和篡改敏感数据，从而提高远程通信的安全性。这甚至可以在使用高级语言编写的应用程序中完成，这些高级语言具有复杂的编程堆栈，如R、Python和Ruby。然而，这在编程便利性与使用微架构侧通道的攻击风险之间产生了权衡。在本文中，我们认为，这是可能的，以解决这个问题的重要应用程序，通过仪表化一个复杂的编程环境（如R），以产生一个数据不经意的成绩单（DOT），明确设计，以支持计算，排除边通道。然后，在包含敏感数据的可信执行环境（TEE）上使用称为数据不经意虚拟环境（DOVE）的小型可信计算基础对这样的转录进行评估。为了激发这个问题，我们展示了R语言中一些微妙的侧通道漏洞。然后，我们提供了一个说明性的设计和实现DOVE的R，创建第一个侧沟道电阻R编程堆栈。我们证明了DOT生成和DOVE评估所提供的两阶段架构可以为复杂的程序设计语言提供实用的支持，具有可用的性能和对侧通道的高安全保证。
2021-02-10 cs.CR
Practical Secure Delegated Linear Algebra with Trapdoored Matrices
Princeton University（普林斯顿大学）
本文提出基于LPN假设的陷门矩阵族，实现安全高效的委托线性代数运算，实现服务器亚线性开销与客户端计算大幅减少。
2025-10-06 cs.CR
Mix-ORAM: Using delegate shuffles
不经意RAM（ORAM）是一种在不受信任的机器上提供私有存储和查询的关键技术，但由于客户端重新随机化（称为驱逐）的高开销，通常被视为不切实际。在这项工作中，我们建议安全地将驱逐委托给半信任的第三方，以使任何客户端都能够加入ORAM技术，并以合理的周期成本提出四种不同的设计灵感来自混合网络技术。
2017-09-04 cs.CR
Quest: Practical and Oblivious Mitigation Strategies for COVID-19 using WiFi Datasets
接触者追踪已成为防止COVID-19等流行病传播的主要缓解策略之一。最近，已经发起了若干努力来使用技术跟踪个人、他们的运动和交互，例如，蓝牙信标、蜂窝数据记录和智能手机应用程序。这样的解决方案通常是侵入性的，可能侵犯个人隐私权，并且通常受到法规的约束（例如，GDPR和CCPR），要求需要选择加入政策来收集和使用个人信息。在本文中，我们介绍了Quest，一个系统，使组织能够观察个人和空间，以被动和隐私保护的方式使用WiFi连接数据实施社交距离和联系人追踪政策。目标是确保组织中员工和占用者的安全，同时保护各方的隐私。Quest结合了计算和信息理论上的安全协议，防止对手获得个人位置历史的知识（基于WiFi数据）;它包括支持准确识别在确诊患者附近的用户，然后通过选择机制通知他们。Quest支持一系列支持隐私保护的应用程序，以确保遵守社交距离、监控空间中的人员流动、识别可能受影响的区域并发出暴露警报。我们描述的体系结构，设计选择，并在Quest的建议的安全/隐私技术的实施。我们还验证了探索的实用性，并通过在加州大学欧文分校的实际校园规模部署超过50 M元组的一个非常大的数据集，彻底评估它。
2020-05-05 cs.CR cs.DB cs.DC
OLIVE: Oblivious Federated Learning on Trusted Execution Environment against the risk of sparsification
Kyoto University（京都大学）；Hokkaido University（北海道大学）
本研究分析联邦学习中服务器端可信执行环境的漏洞，揭示稀疏化梯度导致的内存访问模式泄露风险，并提出一种 oblivious 的高效聚合算法以防御该攻击，实验验证了其实际规模下的有效性。
2023-06-19 cs.CR cs.LG
Cryptography in the Bounded-Quantum-Storage Model
本论文是在有界量子存储模型下对密码协议的研究。在实用方面，给出了Rabin不经意传输、1-2不经意传输和比特提交的简单协议。诚实的玩家不需要量子内存，而协议只能被控制大量量子内存的对手打破。协议是高效的，非交互式的，可以用今天的技术来实现。在理论方面，根据新的强安全性定义，建立了新的包含最小熵的熵不确定性关系，并用于证明协议的安全性。例如，在针对量子存储器有界窃听者的量子密钥分发（QKD）的现实设置中，不确定性关系允许证明QKD协议的安全性，同时与具有无界对手的标准模型相比容忍相当高的错误率。
2007-09-03 cs.CR quant-ph
