İnternette arama yapmak, bir kullanıcının gizli tutmayı tercih edeceği bilgileri ortaya çıkarabilir. Örneğin, internet üzerinden yaptığınız bir aramanın daha sonrasında reklam olarak karşınıza çıktığına şahit olmuşsunuzdur. Bilgilerimizin satılma şüphesinden dolayı da Google ve Meta gibi şirketler hakkındaki suç duyuruları gün geçtikçe artmaktadır. Bu durum çevrimiçi verilerimizin güvenliği konusunda daha dikkatli olmamız gerektiğini gösteriyor.
Onlarca yıldır araştırmacılar, kullanıcıların özel olarak bir veri tabanından bilgi aramasına ve bilgi almasına olanak tanıyan teknikler geliştiriyor, ancak bu yöntemler pratikte etkili bir şekilde kullanılamayacak kadar yavaş kalıyor.
MIT araştırmacıları şimdi, diğer var olan yöntemlerden yaklaşık 30 kat daha hızlı olan özel bilgi alma için bir şema geliştirdiler. Teknikleri, bir kullanıcının sorgusunu sunucuya göstermeden çevrimiçi bir veri tabanında arama yapmasına olanak tanıyor. Ayrıca, önceki çalışmalardan daha karmaşık yaklaşımlardan daha kolay uygulanabilecek basit bir algoritma tarafından yönlendiriliyor.
Kullandıkları teknik, bir mesajlaşma uygulamasının kullanıcıların ne söylediğini veya kiminle konuştuğunu bilmesini engelleyerek özel iletişimi mümkün kılmanın yanı sıra kullanıcıların izinsiz bir şekilde bilgilerini işleyerek sanal kimliklerinin oluşturulmasını da engeller.
Makalenin baş yazarı olan Alexandra Henzinger “Bu çalışma gerçekten kullanıcılara kendi verileri üzerinde bir miktar kontrol sağlamakla ilgili. Uzun vadede, web’de gezinmenin bir kitaplıkta gezinmek kadar özel olmasını isteriz. Bu çalışma henüz bunu başaramadı, ancak bu tür şeyleri pratikte hızlı ve verimli bir şekilde yapmamızı sağlayacak araçları oluşturmaya başlıyor,” diyerek çalışmalarının önemine değiniyor.
Makale yazarları arasında: MIT bilgisayar bilimi yüksek lisans öğrencisi olan Matthew Hong, MIT Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimi(EECS) Departmanı asistan profesör Henry Corrigan-Gibbs, Google’da kadrolu araştırma bilimcisi ve University College London’da kriptografi ve güvenlik profesörü Sarah Meiklejohn, EECS profesörü ve CSAIL’de baş araştırmacı Vinod Vaikuntanathan isimleri yer almakta. Araştırma 2023 USENIX Güvenlik Sempozyumu’nda sunulacak.
Gizliliği korumak
Özel bilgi almak için ilk şemalar, kısmen MIT’teki araştırmacılar tarafından 1990’larda geliştirildi. Bu teknikler, bir kullanıcının bir veri tabanı tutan uzak bir sunucuyla iletişim kurmasını ve sunucu kullanıcının ne okuduğunu bilmeden bu veri tabanındaki kayıtları okumasını sağlar.
Gizliliği korumak için, bu teknikler sunucuyu veri tabanındaki her bir öğeye dokunmaya zorlar, böylece bir kullanıcının hangi girişi aradığını söyleyemez. Bir alana dokunulmazsa sunucu, sorguyu yapanın o öğeyle ilgilenmediğini öğrenir. Ancak milyonlarca veri tabanı girişi varken her öğeye dokunmak sorgulama sürecini yavaşlatır.
İşleri hızlandırmak için MIT araştırmacıları, Basit Gizli Bilgi Erişimi(GBE) olarak bilinen bir protokol geliştirdiler. Bu ön işleme adımı, veri tabanı içerikleri hakkında sıkıştırılmış bilgileri tutan ve istemcinin bir sorgu göndermeden önce indirdiği bir veri yapısı üretir.
Bu veri yapısı bir anlamda müşteri için veri tabanında ne olduğuna dair bir ipucu gibidir.
“İstemci bu ipucuna sahip olduğunda sınırsız sayıda sorgu yapabilir ve bu sorgular hem gönderdiğiniz mesajların boyutu hem de sunucunun yapması gereken iş açısından çok daha küçük olacaktır. Basit GBE’ı çok daha hızlı yapan da bu,” diye açıklıyor Henzinger.
Ancak ipucu, boyut olarak nispeten büyük olabilir. Örneğin, 1 gigabaytlık bir veri tabanını sorgulamak için istemcinin 124 megabaytlık bir ipucu indirmesi gerekir. Fakat ipucunun boyutu maliyet ve hız sorunlarımızı çözmek için hala çok yüksek.
İpucu boyutunu azaltmak için araştırmacılar, Temelde Basit GBE şemasını iki kez çalıştırmayı içeren, Çift GBE olarak bilinen ikinci bir teknik geliştirdiler. Bu, herhangi bir veri tabanı için boyutu sabit olan çok daha kompakt bir ipucu üretir.
Çift GBE kullanıldığında, 1 gigabaytlık bir veri tabanı için ipucu yalnızca 16 megabayt olur.
“Çift GBE planımız biraz daha yavaş çalışıyor, ancak iletişim maliyetleri çok daha düşük olacak. Bazı uygulamalar için bu arzu edilen bir değiş tokuş olacak,” diyor Henzinger.
Hız sınırını aşmak
Araştırmacılar Basit GBE ve Çift GBE şemalarını, bir müşterinin web sitesini belirli bir bilgi parçasını erişmeye çalıştığı bir göreve uygulayarak test etti.
Araştırmacıların en hızlı tekniği, saniyede yaklaşık 10 gigabayt hızla çalışırken gizliliği başarıyla korumayı başardı. Önceki şemalar saniyede yalnızca yaklaşık 300 megabaytlık bir veri hacmine ulaşabiliyordu.
Yöntemlerinin özel bilgi alma için teorik hız sınırına yaklaştığını gösteriyorlar – Corrigan-Gibbs, sunucunun veri tabanındaki her kayda dokunduğu, kişinin oluşturabileceği neredeyse mümkün olan en hızlı şema olduğunu ekliyor.
Ek olarak, yöntemleri yalnızca tek bir sunucu gerektirir, bu da onu aynı veri tabanlarına sahip iki ayrı sunucu gerektiren birçok yüksek performanslı teknikten çok daha basit hale getirir. Yöntemleri, bu daha karmaşık protokollerden daha iyi performans gösterdi.
“Bir süredir bu planları düşünüyordum ve bunun bu hızda mümkün olabileceğini hiç düşünmemiştim. Genel kanı, herhangi bir tek sunuculu programın gerçekten yavaş olacağı yönündeydi. Corrigan-Gibbs, bu çalışma tüm bu kavramı alt üst ediyor” diyor.
Henzinger, araştırmacılar GBE şemalarını çok daha hızlı yapabileceklerini göstermiş olsalar da, tekniklerini gerçek dünya senaryolarında uygulayabilmeleri için daha yapacakları işler olduğunu söylüyor. Yüksek hızlara ulaşmalarını sağlarken şemalarının iletişim maliyetlerini azaltmak istiyorlar. Ek olarak, tekniklerini genel SQL sorguları gibi daha karmaşık sorguları ve genel Wikipedia araması gibi daha zorlu uygulamaları ele alacak şekilde uyarlamak istiyorlar. Ve uzun vadede, bir sunucunun her veri tabanı öğesine dokunmasını gerektirmeden gizliliği koruyabilen daha iyi teknikler geliştirmeyi umuyorlar.
Vaikuntanathan araştırmalarının sonuçları üzerine “GBE’nin asla pratik olmayacağını ısrarla iddia eden insanlar duydum. Ama asla teknolojiye karşı bahse girmem. Bu, bu çalışmadan öğrenilecek iyimser bir derstir. Her zaman yenilik yapmanın yolları vardır,” dedi.
Çalışmaya dahil olmayan Technion’da (İsrail Teknoloji Enstitüsü) bilgisayar bilimi profesörü Yuval Ishai diyor: Bu çalışma, özel bilgi almanın pratik maliyetinde büyük bir gelişme sağlıyor. Düşük bant genişliğine sahip GBE şemalarının, tipik olarak özel anahtarlı kriptografiden çok daha yavaş olan açık anahtarlı kriptografiyi ima ettiği bilinmesine rağmen, bu çalışma, boşluğu kapatmak için ustaca bir yöntem geliştiriyor. Bu, hesaplama işinin büyük çoğunluğunu, sunucunun veri tabanı hakkında kısa bir ‘ipucu’ hesapladığı bir ön hesaplama adımına itmek için Regev’e bağlı bir açık anahtar şifreleme şemasının özel özelliklerinin akıllıca kullanılmasıyla yapılır. Yaklaşımlarını özellikle çekici kılan şey, aynı ipucunun herhangi bir sayıda müşteri tarafından sınırsız sayıda kullanılabilmesidir. Bu, aynı veri tabanına birçok kez erişilen tipik bir senaryoda ipucunu hesaplamanın (makul) maliyetini önemsiz hale getiriyor.”
Bu çalışma Google, Meta, Microsoft, MIT-IBM Watson AI Lab gibi sektörde öncü kurumlar tarafından destekleniyor.
