The development of computer system and network enabled us to use lots of useful applications in the field of information technology. As the exchange of information increases, the protection of the privacy becomes essential issue in information aggregation and sharing. Among the technology of the information security, this study attempted to seek a solution on the subject of secure data collection in distributed and mobile environments, and on the subject of method of effective authentication between multiple users. The goal of this thesis is to investigate privacy preserving methods in distributed and mobile networks.
At first, we study on privacy-preserving information aggregation and sharing in distributed networks. Recently lots of privacy preserving set operations are proposed. When one set operation does not reveal any other elements except for the elements in the resulting set, it is said to be privacy-preserving set operation. Most of privacy preserving set operations is designed using polynomial representation of user`s private set. In this study we develop a polynomial operation algorithm on encrypted polynomials for getting fast implementation of privacy-preserving set operation based on the polynomial representation. We propose novel polynomial arithmetic algorithms of multiplication, expansion, and evaluation of encrypted polynomial using Karatsuba and divide-and-conquer methods.
As the result of our proposed algorithms, the complexity of the set operation can be reduced from original O(k2) to O(klog2 3), where the k is the cardinality of user`s private set.
We also study on the issue of finding most frequent top-k elements from multiparty information aggregation. Earlier researches on this issue failed to provide provable security since the rigorous security goals and adverarial model are not de ned. In this study, we apply the provably-secure concepts to Privacy Preserving Top-k (PPT-k) protocols at first time. We also de ned a new security notion, owner privacy. We propose adversarial models, attack goals, and formal structure of PPT-k protocol.
Furthermore, we suggested a generic construction of provably-secure top-k query algorithm using homomorphic encryption and general secret sharing.
The third study is to designing authentication methods in mobile network, especially in Vehicular Ad-hoc Network (VANET). Prior authentication methods for VANETs require the participation of the nearby RSUs. So, bottleneck problem can be occurred as increasing the number of vehicles. In this study we provide the rst scalable privacy-preserving authentication protocol for VANETs without participation of the nearby RSU. In order to minimize the participation of the nearby RSU, we propose a verification of the authenticated vehicle, which only requires two modular exponentiations. Our verification methods uses homomorphic encryption algorithm and keyword searching on encrypted data algorithm as cryptographic tools. Compared to previous work, our construction of privacy-preserving
authentication for VANETs provides better transmission delay between nearby RSU and vehicle.
컴퓨터 시스템 및 네트워크의 발전은 정보기술 분야에 있어 다양한 어플리케이션을 제공할 수 있도록 했다. 정보자원의 교류가 활발해짐에 따라 프라이버시 보호기능은 정보공유에 있어서 필수적인 요소로 자리잡고 있다. 본 연구에서는 이러한 정보보호의 기술 중, 분산환경과 이동환경에서 안전한 자료의 수집에 관한 주제와 다수 사용자간의 효율적인 인증방식에 대한 주제에 대한 해결을 시도하였다.
첫번째는 분산환경에서 프라이버시 보호 기능을 유지하며 자료의 수집과 공유에 관한 연구다. 이를 해결하기 위한 방법으로 분산환경에서의 안전한 집합연산에 관한 연구가 다수 진행되었다. 우리는 우선 기존 기법 중 다항식 재표현 기반의 집합연산의 속도를 개선하기 위한 암호화된 다항식에서의 다항식 연산 알고리즘을 개발하였다. 카라추바가 제시한 기법과 분할-탐색 방식을 적용하여 다항식 곱셈, 확장, 함수값 계산 방식을 제안하였고, 사용자의 비밀집합의 개수가 $k$개 일 때, 기존 방식의 계산 복잡도 $\mathcal{O}(k^2)$ 으로부터 $\mathcal{O}(k^{\log_2 3})$ 으로 낮출 수 있었다.
분산환경 다자간 통신 환경에서 제시된 문제 중 상위 $k$개 원소를 탐색하는 기법을 제시하였다. 기존의 연구결과들은 엄밀한 공격목표와 안전성목표가 제시되지 않아서, 증명가능 안전성을 제시하지 못했다. 본 연구에서는 상위 $k$개 원소 탐색 기법에 최초로 증명가능 안전성 모델을 적용하였다. 새로운 안전성 개념인 소유자 보호 개념을 정의하였다. 또한 제안한 안전성 모델에 기반하여 안전성이 증명가능한 상위 $k$개 원소 탐색 기법을 제시하고, 그 안전성을 확인하였다.
두번째 연구주제는 이동 네트워크에서 (특별히 차량 애드혹 네트워크) 인증 기법을 설계했다. 기존의 익명성을 제공하는 기법이 가지고 있는 다수 차량이 집중되는 상황에서의 인증 속도 개선을 연구했으며, 이를 위해 빠른 검증 과정과 노변기기의 개입을 최소화 한 기법을 제시하였다. 호모몰픽 암호기법 중 BGN암호 방식을 사용하여 충반한 속도 개선을 이루었으며, 노변기기의 개입이 줄이고, 인증된 차량간의 상호 검증하는 기법을 제시하였다. 제안 기법은 다수 차량이 밀집하게 되는 경우 인증 시간이 오래걸리는 문제를 효과적으로 해결할 수 있었다.
