KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.10
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pp.5153-5170
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2016
The benefit of the scalability and flexibility inherent in cloud computing motivates clients to upload data and computation to public cloud servers. Because data is placed on public clouds, which are very likely to reside outside of the trusted domain of clients, this strategy introduces concerns regarding the security of sensitive client data. Thus, to provide sufficient security for the data stored in the cloud, it is essential to encrypt sensitive data before the data are uploaded onto cloud servers. Although data encryption is considered the most effective solution for protecting sensitive data from unauthorized users, it imposes a significant amount of overhead during the query processing phase, due to the limitations of directly executing operations against encrypted data. Recently, substantial research work that addresses the execution of SQL queries against encrypted data has been conducted. However, there has been little research on top-k join query processing over encrypted data within the cloud computing environments. In this paper, we develop an efficient algorithm that processes a top-k join query against encrypted cloud data. The proposed top-k join processing algorithm is, at an early phase, able to prune unpromising data sets which are guaranteed not to produce top-k highest scores. The experiment results show that the proposed approach provides significant performance gains over the naive solution.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.11
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pp.5616-5630
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2019
Fully homomorphic encryption allows a third-party to perform arbitrary computation over encrypted data and is especially suitable for secure outsourced computation. This paper investigates secure outsourced computation of multiple matrix multiplication based on fully homomorphic encryption. Our work significantly improves the latest Mishra et al.'s work. We improve Mishra et al.'s matrix encoding method by introducing a column-order matrix encoding method which requires smaller parameter. This enables us to develop a binary multiplication method for multiple matrix multiplication, which multiplies pairwise two adjacent matrices in the tree structure instead of Mishra et al.'s sequential matrix multiplication from left to right. The binary multiplication method results in a logarithmic-depth circuit, thus is much more efficient than the sequential matrix multiplication method with linear-depth circuit. Experimental results show that for the product of ten 32×32 (64×64) square matrices our method takes only several thousand seconds while Mishra et al.'s method will take about tens of thousands of years which is astonishingly impractical. In addition, we further generalize our result from square matrix to non-square matrix. Experimental results show that the binary multiplication method and the classical dynamic programming method have a similar performance for ten non-square matrices multiplication.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.1
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pp.281-298
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2020
Fog computing has become a popular concept in the application of internet of things (IoT). With the superiority in better service providing, the edge cloud has become an attractive solution to IoT networks. The data outsourcing scheme of IoT devices demands privacy protection as well as computation verification since the lightweight devices not only outsource their data but also their computation. Existing solutions mainly deal with the operations over encrypted data, but cannot support the computation verification in the same time. In this paper, we propose a data outsourcing scheme based on an encrypted database system with linear computation as well as efficient query ability, and enhance the interlayer program in the original system with homomorphic message authenticators so that the system could perform computational verifying. The tools we use to construct our scheme have been proven secure and valid. With our scheme, the system could check if the cloud provides the correct service as the system asks. The experiment also shows that our scheme could be as effective as the original version, and the extra load in time is neglectable.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.28
no.6
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pp.1401-1414
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2018
The k-means clustering algorithm groups input data with the number of groups represented by variable k. In fact, this algorithm is particularly useful in market segmentation and medical research, suggesting its wide applicability. In this paper, we propose a privacy-preserving clustering algorithm that is appropriate for outsourced encrypted data, while exposing no information about the input data itself. Notably, our proposed model facilitates encryption of all data, which is a large advantage over existing privacy-preserving clustering algorithms which rely on multi-party computation over plaintext data stored on several servers. Our approach compares homomorphically encrypted ciphertexts to measure the distance between input data. Finally, we theoretically prove that our scheme guarantees the security of input data during computation, and also evaluate our communication and computation complexity in detail.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea CI
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v.46
no.1
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pp.46-55
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2009
We study the problem of searching documents containing each of several keywords (conjunctive keyword search) over encrypted documents. A conjunctive keyword search protocol consists of three entities: a data supplier, a storage system such as database, and a user of storage system. A data supplier uploads encrypted documents on a storage system, and then a user of the storage system searches documents containing each of several keywords. Recently, many schemes on conjunctive keyword search have been suggested in various settings. However, the schemes require high computation cost for the data supplier or user storage. Moreover, up to now, their securities have been proved in the random oracle model. In this paper, we propose efficient conjunctive keyword search schemes over encrypted documents, for which security is proved without using random oracles. The storage of a user and the computational and communication costs of a data supplier in the proposed schemes are constant. The security of the scheme relies only on the hardness of the Decisional Bilinear Diffie-Hellman (DBDH) problem.
Castaneda, Sebastian Soler;Nam, Kevin;Joo, Youyeon;Paek, Yunheung
Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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2022.05a
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pp.161-164
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2022
Homomorphic Encryption (HE) schemes have been recently growing as a reliable solution to preserve users' information owe to maintaining and operating the user data in the encrypted state. In addition to that, several Neural Networks models merged with HE schemes have been developed as a prospective tool for privacy-preserving machine learning. Those mentioned works demonstrated that it is possible to match the accuracy of non-encrypted models but there is always a trade-off in the computation time. In this work, we evaluate the implementation of CKKS HE scheme operations over the layers of a LeNet5 convolutional inference model, however, owing to the limitations of the evaluation environment, the scope of this work is not to develop a complete LeNet5 encrypted model. The evaluation was performed using the MNIST dataset with Microsoft SEAL (MSEAL) open-source homomorphic encryption library ported version on Python (PyFhel). The behavior of the encrypted model, the limitations faced and a small description of related and future work is also provided.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.17
no.11
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pp.3182-3203
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2023
With the growing adoption of cloud-based technologies, maintaining the privacy and security of cloud data has become a pressing issue. Privacy-preserving encryption schemes are a promising approach for achieving cloud data security, but they require careful design and implementation to be effective. The integrated approach to cloud data security that we suggest in this work uses CogniGate: the orchestrated permissions protocol, index trees, blockchain key management, and unique Opacus encryption. Opacus encryption is a novel homomorphic encryption scheme that enables computation on encrypted data, making it a powerful tool for cloud data security. CogniGate Protocol enables more flexibility and control over access to cloud data by allowing for fine-grained limitations on access depending on user parameters. Index trees provide an efficient data structure for storing and retrieving encrypted data, while blockchain key management ensures the secure and decentralized storage of encryption keys. Performance evaluation focuses on key aspects, including computation cost for the data owner, computation cost for data sharers, the average time cost of index construction, query consumption for data providers, and time cost in key generation. The results highlight that the integrated approach safeguards cloud data while preserving privacy, maintaining usability, and demonstrating high performance. In addition, we explore the role of differential privacy in our integrated approach, showing how it can be used to further enhance privacy protection without compromising performance. We also discuss the key management challenges associated with our approach and propose a novel blockchain-based key management system that leverages smart contracts and consensus mechanisms to ensure the secure and decentralized storage of encryption keys.
We propose a novel optical encryption scheme for cipher-feedback-block (CFB) mode, capable of encrypting two-dimensional (2D) page data with the use of two-step phase-shifting digital interferometry utilizing orthogonal polarization, in which the CFB algorithm is modified into an optical method to enhance security. The encryption is performed in the Fourier domain to record interferograms on charge-coupled devices (CCD)s with 256 quantized gray levels. A page of plaintext is encrypted into digital interferograms of ciphertexts, which are transmitted over a digital information network and then can be decrypted by digital computation according to the given CFB algorithm. The encryption key used in the decryption procedure and the plaintext are reconstructed by dual phase-shifting interferometry, providing high security in the cryptosystem. Also, each plaintext is sequentially encrypted using different encryption keys. The random-phase mask attached to the plaintext provides resistance against possible attacks. The feasibility and reliability of the proposed CFB method are verified and analyzed with numerical simulations.
As content providers further offload content-centric services to the cloud, data retrieval over the cloud typically results in many redundant items because there is a prevalent near-duplication of content on the Internet. Simply fetching all data from the cloud severely degrades efficiency in terms of resource utilization and bandwidth, and data can be encrypted by multiple content providers under different keys to preserve privacy. Thus, locating near-duplicate data in a privacy-preserving way is highly dependent on the ability to deduplicate redundant search results and returns best matches without decrypting data. To this end, we propose an efficient near-duplicate detection scheme for encrypted data in the cloud. Our scheme has the following benefits. First, a single query is enough to locate near-duplicate data even if they are encrypted under different keys of multiple content providers. Second, storage, computation and communication costs are alleviated compared to existing schemes, while achieving the same level of search accuracy. Third, scalability is significantly improved as a result of a novel and efficient two-round detection to locate near-duplicate candidates over large quantities of data in the cloud. An experimental analysis with real-world data demonstrates the applicability of the proposed scheme to a practical cloud system. Last, the proposed scheme is an average of 70.6% faster than an existing scheme.
Kim, Keonwoo;Youn, Taek-Young;Jho, Nam-Su;Chang, Ku-Young
ETRI Journal
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v.39
no.1
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pp.116-123
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2017
Message-locked encryption (MLE) is a widespread cryptographic primitive that enables the deduplication of encrypted data stored within the cloud. Practical client-side contributions of MLE, however, are vulnerable to a poison attack, and server-side MLE schemes require large bandwidth consumption. In this paper, we propose a new client-side secure deduplication method that prevents a poison attack, reduces the amount of traffic to be transmitted over a network, and requires fewer cryptographic operations to execute the protocol. The proposed primitive was analyzed in terms of security, communication costs, and computational requirements. We also compared our proposal with existing MLE schemes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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