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雷达卡
讲师：冯宇扬（浙江大学）
核心主题：基于PIR技术的跨企业数据隐私查询（隐语Secret Note平台实操）
分享结构：案例背景 → 数据集准备 → 实验流程（含平台实操）
一、核心技术与场景解析
1. 业务背景
参与方设定：
- 企业A：一家专注于研发新型生物降解材料的高科技公司，其研究成果尚未公开或申请专利。
- 企业B：拥有历史技术资料数据库的企业，掌握大量过往研发记录。
核心诉求：企业A希望确认其正在研发的材料是否已被企业B收录于数据库中。然而，在查询过程中必须确保自身研发信息不被泄露。
潜在风险控制：避免企业B通过查询内容推测出企业A的技术方向，防止出现技术泄密、恶意抢注专利或倒卖情报等行为。
2. 关键技术：PIR（Private Information Retrieval，隐私信息检索）
定义说明：PIR是一种允许用户从远程数据库中获取数据，而数据库持有者无法得知具体查询项的技术机制，实现“查询可执行，目标不可见”。
PIR主要分类如下：
| 分类维度 | 类型 | 核心说明 |
|---|---|---|
| 按服务器数量 | 单服务器PIR | 仅需一个数据库节点即可完成隐私保护查询 |
| 按服务器数量 | 多服务器PIR | 依赖多个服务器协作，通过数据分片方式保障隐私安全 |
| 按查询类型 | Index PIR | 适用于数组型数据库，用户指定索引i获取对应值，服务器不知晓i的具体数值 |
| 按查询类型 | Keyword PIR | 适用于键值对结构数据库，用户根据关键词（Key）查询对应值（Value），服务器无法获知关键词内容 |
本次实验采用方案：单服务器 + Keyword PIR 模式
二、数据集构建与分配
实验涉及两个角色：企业A作为查询方（Client节点），企业B作为数据库提供方（Server节点）。各自持有特定数据文件。
| 持有方 | 文件名称 | 内容描述与功能 |
|---|---|---|
| 企业B（Server节点） | db.csv | 模拟数据库文件，包含两列：“k”（键）和“value”（值），存储若干键值对示例（如 k=fr 对应 value=rm） |
| 企业B（Server节点） | serversecretkey.bin | 用于PIR加密过程中的私钥文件，由企业B独立保管 |
| 企业A（Client节点） | pirquery.csv | 待查询关键词列表，仅含“k”一列，本案例中包含一条记录：k=fr |
unused_tcp_port三、实验操作流程（基于隐语Secret Note平台）
前置条件
已成功启动Client（企业A）与Server（企业B）两个计算节点，并将上述数据文件分别上传至对应节点的工作目录。
实验目标：企业A在不暴露查询关键词“fr”的前提下，从企业B的加密数据库中准确获取对应的返回值“rm”。
1. 整体流程概览
- 获取可用通信端口，配置瑞（Ray）集群（支撑节点间通信）；
- 再次获取独立端口，部署SPU安全计算组件（PIR运算依托于此）；
- 执行PIR Setup阶段：由Server将明文数据库加密转换为密文数据库；
- 进入PIR Online阶段：Client发起隐私查询请求，双方协同完成结果获取。
2. 具体操作步骤
步骤1：导入必要依赖库
操作说明：Client与Server节点均需运行相同代码块，加载隐私计算核心库（如 secretflow、spu 等）。
平台提示：代码区域右上角标注“client和server”，点击运行后双端同步执行。
步骤2：配置瑞（Ray）集群
获取可用端口：
调用自定义函数以获取当前系统未被占用的端口号，Client与Server分别执行，确保各自获得唯一端口（每次运行结果可能不同）。
sf.init()记录所获端口号，后续用于节点通信配置。
初始化Ray集群：
调用初始化函数，关键参数包括：
：Ray集群访问地址；address
：配置对象，内含以下子项：cluster_config
：所有参与方的IP地址与端口组合（IP信息可通过平台右上角“节点信息”查看）；parties
：标识当前运行节点身份（Client 或 Server）。selfparty
selfparty执行要求：Client与Server分别填写对应的身份参数并执行代码，建议使用“执行上方所有”功能保证同步性，确保集群连接正常建立。
步骤3：配置SPU安全计算环境
重新获取端口：再次调用端口获取函数（同前），为SPU组件分配独立通信端口。
unused_tcp_port创建SPU实例：
调用创建函数，主要配置项定义于以下参数中：
：填入当前节点的IP地址及新获取的端口；nodes
：选择多方安全计算协议，本实验采用3pc2k协议；protocol
：设定计算使用的有限域大小为128位；field
：设置签名函数的进位模式为signModeRail。sign_mode
sf.spu()执行完成后生成SPU运行实例，为后续PIR操作提供加密计算支持。
spu.conf步骤4：PIR Setup阶段（由Server单独执行）
核心任务：利用企业B本地密钥对原始数据库（db.csv）进行加密处理，生成密文数据库（sdb）。
获取工作路径：
执行函数获取Server端的工作空间绝对路径，并存入变量中以便引用。
os.getcwd()current_dir调用PIR加密接口：
执行加密函数，传入以下关键参数：
：指定服务方节点名称（server）；server
：明文数据库文件路径（db.csv）；input_path
：数据库中表示“键”的字段名（k）；k_columns
：数据库中表示“值”的字段名（value）；label_columns
：其他扩展参数（如有）oprf_key_path
spu.pir_setup()Server密钥路径（serversecretkey.bin）。
setup_path加密后数据库的输出路径（位于工作目录下的sdb文件）。
bucket_size数据库分桶大小设置（本实验中设定为16，适用于小规模数据场景）。
结果验证
检查Server工作目录，确认生成了新的sdb文件，该文件即为已完成加密的数据库。
步骤5：PIR Online阶段（双方协同执行）
核心目标：Client发起隐私查询并获取结果，整个过程中Server无法获知实际查询内容。
密钥路径配置
将Server端的密钥文件（serversecretkey.bin）复制至容器的tmp目录下，以确保后续加密验证流程可正常进行。
发起PIR查询
执行以下操作：
spu.pir_query()主要参数说明如下：
：对应参与方的节点名称。server/client
：指定加密数据库文件的路径（sdb格式）。server_setup_paths
：Client查询文件中用于匹配的“键”所在列名（k）。client_k_columns
：Client侧查询输入文件的路径（pirquery.csv）。client_input_paths
：查询结果的输出路径（pirresult.csv）。client_output_paths
结果验证
在Client的工作目录中，确认生成了新的pirresult.csv文件。
打开该文件可查看：当查询键k=fr时，返回结果为rm，与原始数据库记录一致。表明查询过程既保证了隐私性，又实现了结果的准确性。
四、实验核心结论
PIR技术能够有效应对跨企业间数据查询中的隐私泄露风险，真正实现“数据可用不可见”的安全目标。
通过隐语Secret Note平台提供的节点配置机制与SPU安全计算模块，PIR技术得以高效部署与实践。
本次实验成功验证：Client在完全隐藏查询关键词的前提下，仍能准确获取Server数据库中的目标信息，达到隐私保护与数据可用性的双重目标。
京公网安备 11010802022788号
