Contributions to Data Privacy in Cloud Data Warehouses

par Somayeh Sobati Moghadam

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Jérôme Darmont et de Gérald Gavin.

Soutenue le 27-03-2017

à Lyon , dans le cadre de École doctorale en Informatique et Mathématiques de Lyon , en partenariat avec Entrepôts, Représentation et Ingénierie des Connaissances (équipe de recherche) et de Université Lumière (Lyon) (établissement opérateur d'inscriptions) .

Le président du jury était Hoai An Lê Thi.

Les rapporteurs étaient Salima Bendernou, Patrick Marcel.

  • Titre traduit

    Contributions à la confidentialité des données des entrepôts de données dans le nuage


  • Résumé

    Actuellement, les scénarios d’externalisation de données deviennent de plus en plus courants avec l’avènement de l’infonuagique. L’infonuagique attire les entreprises et les organisations en raison d’une grande variété d’avantages fonctionnels et économiques.De plus, l’infonuagique offre une haute disponibilité, le passage d’échelle et une reprise après panne efficace. L’un des services plus notables est la base de données en tant que service (Database-as-a-Service), où les particuliers et les organisations externalisent les données, le stockage et la gestion `a un fournisseur de services. Ces services permettent de stocker un entrepôt de données chez un fournisseur distant et d’exécuter des analysesen ligne (OLAP).Bien que l’infonuagique offre de nombreux avantages, elle induit aussi des problèmes de s´sécurité et de confidentialité. La solution usuelle pour garantir la confidentialité des données consiste à chiffrer les données localement avant de les envoyer à un serveur externe. Les systèmes de gestion de base de données sécurisés utilisent diverses méthodes de cryptage, mais ils induisent un surcoût considérable de calcul et de stockage ou révèlent des informations sur les données.Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle méthode de chiffrement (S4) inspirée du partage secret de Shamir. S4 est un système homomorphique additif : des additions peuvent être directement calculées sur les données cryptées. S4 trait les points faibles des systèmes existants en réduisant les coûts tout en maintenant un niveau raisonnable de confidentialité. S4 est efficace en termes de stockage et de calcul, ce qui est adéquat pour les scénarios d’externalisation de données qui considèrent que l’utilisateur dispose de ressources de calcul et de stockage limitées. Nos résultats expérimentaux confirment l’efficacité de S4 en termes de surcoût de calcul et de stockage par rapport aux solutions existantes.Nous proposons également de nouveaux schémas d’indexation qui préservent l’ordre des données, OPI et waOPI. Nous nous concentrons sur le problème de l’exécution des requêtes exacts et d’intervalle sur des données chiffrées. Contrairement aux solutions existantes, nos systèmes empêchent toute analyse statistique par un adversaire. Tout en assurant la confidentialité des données, les schémas proposés présentent de bonnes performances et entraînent un changement minimal dans les logiciels existants.


  • Résumé

    Nowadays, data outsourcing scenarios are ever more common with the advent of cloud computing. Cloud computing appeals businesses and organizations because of a wide variety of benefits such as cost savings and service benefits. Moreover, cloud computing provides higher availability, scalability, and more effective disaster recovery rather than in-house operations. One of the most notable cloud outsourcing services is database outsourcing (Database-as-a-Service), where individuals and organizations outsource data storage and management to a Cloud Service Provider (CSP). Naturally, such services allow storing a data warehouse (DW) on a remote, untrusted CSP and running on-line analytical processing (OLAP).Although cloud data outsourcing induces many benefits, it also brings out security and in particular privacy concerns. A typical solution to preserve data privacy is encrypting data locally before sending them to an external server. Secure database management systems use various encryption schemes, but they either induce computational and storage overhead or reveal some information about data, which jeopardizes privacy.In this thesis, we propose a new secure secret splitting scheme (S4) inspired by Shamir’s secret sharing. S4 implements an additive homomorphic scheme, i.e., additions can be directly computed over encrypted data. S4 addresses the shortcomings of existing approaches by reducing storage and computational overhead while still enforcing a reasonable level of privacy. S4 is efficient both in terms of storage and computing, which is ideal for data outsourcing scenarios that consider the user has limited computation and storage resources. Experimental results confirm the efficiency of S4 in terms of computation and storage overhead with respect to existing solutions.Moreover, we also present new order-preserving schemes, order-preserving indexing (OPI) and wrap-around order-preserving indexing (waOPI), which are practical on cloud outsourced DWs. We focus on the problem of performing range and exact match queries over encrypted data. In contrast to existing solutions, our schemes prevent performing statistical and frequency analysis by an adversary. While providing data privacy, the proposed schemes bear good performance and lead to minimal change for existing software.


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