講師：馮宇揚（浙江大學）
核心主題：基於PIR技術的跨企業數據隱私查詢（隱語Secret Note平台實操）
分享框架：案例背景 → 數據集準備 → 實驗流程（含平台實操）
一、案例背景與核心技術
1. 業務場景
- 參與方：企業A（新型高科技企業，研發生物降解材料，未公開/未專利）、企業B（持有歷史技術記錄數據庫）。
- 核心需求：企業A需查詢自身研發的材料是否已被企業B的數據庫記錄，但需嚴格保密查詢內容。
- 風險規避：防止企業B獲知查詢信息後，泄露A的研發方向、惡意搶注專利或倒賣查詢信息。
2. 核心技術：PIR（Private Information Retrieval，隱私信息檢索）
定義：用户從數據庫查詢數據時，確保數據庫持有方無法獲知查詢的具體內容，實現“查詢可見，目標隱匿”。
（1）PIR分類
| 分類維度 | 類型 | 核心説明 |
|---|---|---|
| 按服務器數量 | 單服務器PIR | 僅需一個數據庫服務器即可完成隱私查詢 |
| 多服務器PIR | 依賴多個服務器協同，通過數據分片實現隱私保護 | |
| 按查詢類型 | Index PIR | 數據庫為數組結構，用户查詢數組下標i，獲取對應內容，服務器不知i的值 |
| Keyword PIR | 數據庫為鍵值對（Keyword-vi），用户查詢“鍵（Keyword）”，獲取“值（vi）”，服務器不知Keyword | |
| 本次實踐選用：單服務器Keyword PIR |
二、數據集準備
實驗涉及企業A（查詢方，對應平台Client節點）與企業B（數據庫持有方，對應平台Server節點）兩類數據集，按節點分別存儲。
| 持有方 | 文件名稱 | 文件內容與作用 |
|---|---|---|
| 企業B（Server節點） | db.csv | 模擬數據庫，含“k（鍵）”“value（值）”兩列，存儲若干鍵值對（如k=fr對應value=rm） |
| serversecretkey.bin | 企業B在PIR技術中使用的加密密鑰 | |
| 企業A（Client節點） | pirquery.csv | 記錄待查詢的“鍵”，僅含“k”一列，單條數據（本案例查詢k=fr） |
三、實驗流程（隱語Secret Note平台實操）
前置準備：已啓動Client（企業A）、Server（企業B）兩個節點，實驗文件已分別上傳至對應節點。
核心目標：Client在不泄露查詢關鍵詞（fr）的前提下，從Server的加密數據庫中獲取對應value（rm）。
1. 實驗總流程
- 獲取可用端口，配置瑞（Ray）集羣（節點通訊基礎）。
- 再次獲取可用端口，配置SPU（安全計算核心組件，PIR基於SPU實現）。
- PIR Setup階段（Server單獨執行：將明文數據庫加密為密文數據庫）。
- PIR Online階段（雙方共同執行：Client發起查詢，獲取結果）。
2. 詳細實操步驟
步驟1：導入依賴庫
- 操作：Client與Server節點共同執行代碼，導入隱私計算所需核心包（secretflow、spu）。
- 平台標識：代碼塊右上角標記“client和server”，點擊運行後雙方同步執行。
步驟2：配置瑞（Ray）集羣
-
獲取可用端口：
執行`unused_tcp_port`函數（自定義實現），Client與Server分別獲取唯一未佔用端口（每次運行結果不同）。 - 記錄兩端口號，用於後續節點通訊配置。
-
初始化瑞集羣：
調用`sf.init()`函數，核心參數包括： `address`：瑞集羣地址。 cluster_config：含parties（所有參與方IP+端口，IP從平台右上角“節點信息”獲取）、selfparty（標識自身節點：Client/Server）。- Client與Server需分別執行對應代碼塊（
selfparty參數不同），通過“執行上方所有”功能同步觸發，確保集羣通訊正常。
步驟3：配置SPU（安全計算組件）
- 重新獲取端口：執行
unused_tcp_port函數，獲取新的未佔用端口（SPU需獨立端口運行）。 -
創建SPU實例：
調用`sf.spu()`函數，核心配置參數在`spu.conf`中定義： `nodes`：填入Client/Server的IP與新端口。 protocol：多方安全計算協議（本實驗用3pc2k）。field：計算用有限域（128bit）。sign_mode：簽名函數進位方式（signModeRail）。- 執行代碼後生成SPU實例，為PIR提供安全計算環境。
步驟4：PIR Setup階段（Server單獨執行）
核心任務：Server用自身密鑰將明文數據庫（db.csv）加密為密文數據庫（sdb）。
- 獲取文件路徑：執行
os.getcwd()函數，獲取Server節點工作空間路徑，存入current_dir變量。 -
調用PIR加密函數：執行
spu.pir_setup()，核心參數：`server`：被查詢方節點名（server）。 input_path：明文數據庫路徑（db.csv）。k_columns：數據庫中“鍵”對應的列名（k）。label_columns：數據庫中“值”對應的列名（value）。oprf_key_path：Server密鑰路徑（serversecretkey.bin）。setup_path：加密後數據庫輸出路徑（工作目錄下sdb文件）。bucket_size：數據庫分桶大小（本實驗設為16，因數據規模小）。- 結果驗證：Server工作目錄新增sdb文件，即為加密後的數據庫。
步驟5：PIR Online階段（雙方共同執行）
核心任務：Client發起隱私查詢，獲取對應結果，Server全程不知查詢關鍵詞。
- 密鑰路徑配置：將Server的密鑰（serversecretkey.bin）複製到容器tmp目錄（確保加密驗證可用）。
-
發起PIR查詢：執行
spu.pir_query()，核心參數：`server/client`：對應參與方節點名。 server_setup_paths：加密數據庫路徑（sdb）。client_k_columns：Client查詢文件中“鍵”的列名（k）。client_input_paths：Client查詢文件路徑（pirquery.csv）。client_output_paths：查詢結果輸出路徑（pirresult.csv）。-
結果驗證：
Client工作目錄新增pirresult.csv文件。 - 打開文件可見：查詢k=fr對應的結果為rm，與數據庫一致，查詢隱私性與結果準確性均達標。
四、實驗核心結論
- PIR技術有效解決跨企業數據查詢的隱私保護問題，實現“數據可用不可見”。
- 隱語Secret Note平台通過節點配置、SPU安全計算等組件，可高效落地PIR技術實踐。
- 本次實驗成功驗證：Client在保密查詢關鍵詞的前提下，精準獲取Server數據庫中的目標數據。
