Privacy-Preserving Secure Computation of Skyline Query in Distributed Multi-Party Databases

Calcul sécurisé préservant la confidentialité de requêtes Skyline dans des bases de données distribuées multipartites

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2019
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Abstract
Selecting representative objects from a large-scale database is an essential task to understand the database. A skyline query is one of the popular methods for selecting representative objects. It retrieves a set of non-dominated objects. In this paper, we consider a distributed algorithm for computing skyline, which is efficient enough to handle “big data„. We have noticed the importance of “big data„ and want to use it. On the other hand, we must take care of its privacy. In conventional distributed algorithms for computing a skyline query, we must disclose the sensitive values of each object of a private database to another for comparison. Therefore, the privacy of the objects is not preserved. However, such disclosures of sensitive information in conventional distributed database systems are not allowed in the modern privacy-aware computing environment. Recently several privacy-preserving skyline computation frameworks have been introduced. However, most of them use computationally expensive secure comparison protocol for comparing homomorphically encrypted data. In this work, we propose a novel and efficient approach for computing the skyline in a secure multi-party computing environment without disclosing the individual attributes’ value of the objects. We use a secure multi-party sorting protocol that uses the homomorphic encryption in the semi-honest adversary model for transforming each attribute value of the objects without changing their order on each attribute. To compute skyline we use the order of the objects on each attribute for comparing the dominance relationship among the objects. The security analysis confirms that the proposed framework can achieve multi-party skyline computation without leaking the sensitive attribute value to others. Besides that, our experimental results also validate the effectiveness and scalability of the proposed privacy-preserving skyline computation framework.
La sélection d'objets représentatifs au sein d'une base de données à grande échelle est une tâche essentielle pour appréhender cette dernière. La requête skyline constitue l'une des méthodes les plus répandues pour sélectionner de tels objets. Elle permet d'extraire un ensemble d'objets non dominés. Dans cet article, nous considérons un algorithme distribué de calcul de skyline suffisamment efficace pour traiter les « données massives ». Ayant constaté l'importance des « données massives », nous souhaitons les exploiter, tout en veillant impérativement à préserver leur confidentialité. Dans les algorithmes distribués conventionnels de calcul de requêtes skyline, il est nécessaire de divulguer les valeurs sensibles de chaque objet d'une base de données privée à une autre à des fins de comparaison. Dès lors, la confidentialité des objets n'est pas préservée. Or, de telles divulgations d'informations sensibles dans les systèmes traditionnels de bases de données distribuées ne sont pas admises dans les environnements informatiques modernes soucieux de la confidentialité. Récemment, plusieurs cadres de calcul de skyline préservant la confidentialité ont été introduits. Néanmoins, la plupart d'entre eux emploient des protocoles de comparaison sécurisée coûteux en calcul pour comparer des données chiffrées de manière homomorphe. Dans ce travail, nous proposons une approche novatrice et efficace pour calculer le skyline dans un environnement de calcul multipartite sécurisé sans divulguer la valeur des attributs individuels des objets. Nous utilisons un protocole de tri multipartite sécurisé fondé sur le chiffrement homomorphe sous le modèle de l'adversaire semi-honnête afin de transformer chaque valeur d'attribut des objets sans modifier leur ordonnancement selon chaque attribut. Pour calculer le skyline, nous nous appuyons sur l'ordre des objets selon chaque attribut afin d'évaluer la relation de dominance entre eux. L'analyse de sécurité confirme que le cadre proposé permet d'effectuer un calcul de skyline multipartite sans faire fuiter les valeurs d'attributs sensibles vers des tiers. En outre, nos résultats expérimentaux confirment également l'efficacité et le passage à l'échelle du cadre proposé pour le calcul de skyline préservant la confidentialité.
Reference Key
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Authors Qaosar, Mahboob;Zaman, Asif;Siddique, Md. Anisuzzaman;Annisa, ;Morimoto, Yasuhiko;
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Year 2019
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