Data privacy

Data privacy studies methods, tools, and theory to avoid the disclosure of sensitive information. Its origin is in statistics with the goal to ensure the confidentiality of data gathered from census and questionnaires. The topic was latter introduced in computer science and more particularly in data mining, where due to the large amount of data currently available, has attracted the interest of researchers, practitioners, and companies. In this paper we will review the main topics related to data privacy and privacy-enhancing technologies

Ontology-based Access Control in Open Scenarios: Applications to Social Networks and the Cloud

La integració d'Internet a la societat actual ha fet possible compartir fàcilment grans quantitats d'informació electrònica i recursos informàtics (que inclouen maquinari, serveis informàtics, etc.) en entorns distribuïts oberts. Aquests entorns serveixen de plataforma comuna per a usuaris heterogenis (per exemple, empreses, individus, etc.) on es proporciona allotjament d'aplicacions i sistemes d'usuari personalitzades; i on s'ofereix un accés als recursos compartits des de qualsevol lloc i amb menys esforços administratius. El resultat és un entorn que permet a individus i empreses augmentar significativament la seva productivitat. Com ja s'ha dit, l'intercanvi de recursos en entorns oberts proporciona importants avantatges per als diferents usuaris, però, també augmenta significativament les amenaces a la seva privacitat. Les dades electròniques compartides poden ser explotades per tercers (per exemple, entitats conegudes com "Data Brokers"). Més concretament, aquestes organitzacions poden agregar la informació compartida i inferir certes característiques personals sensibles dels usuaris, la qual cosa pot afectar la seva privacitat. Una manera de del.liar aquest problema consisteix a controlar l'accés dels usuaris als recursos potencialment sensibles. En concret, la gestió de control d'accés regula l'accés als recursos compartits d'acord amb les credencials dels usuaris, el tipus de recurs i les preferències de privacitat dels propietaris dels recursos/dades. La gestió eficient de control d'accés és crucial en entorns grans i dinàmics. D'altra banda, per tal de proposar una solució viable i escalable, cal eliminar la gestió manual de regles i restriccions (en la qual, la majoria de les solucions disponibles depenen), atès que aquesta constitueix una pesada càrrega per a usuaris i administradors . Finalment, la gestió del control d'accés ha de ser intuïtiu per als usuaris finals, que en general no tenen grans coneixements tècnics.La integración de Internet en la sociedad actual ha hecho posible compartir fácilmente grandes cantidades de información electrónica y recursos informáticos (que incluyen hardware, servicios informáticos, etc.) en entornos distribuidos abiertos. Estos entornos sirven de plataforma común para usuarios heterogéneos (por ejemplo, empresas, individuos, etc.) donde se proporciona alojamiento de aplicaciones y sistemas de usuario personalizadas; y donde se ofrece un acceso ubicuo y con menos esfuerzos administrativos a los recursos compartidos. El resultado es un entorno que permite a individuos y empresas aumentar significativamente su productividad. Como ya se ha dicho, el intercambio de recursos en entornos abiertos proporciona importantes ventajas para los distintos usuarios, no obstante, también aumenta significativamente las amenazas a su privacidad. Los datos electrónicos compartidos pueden ser explotados por terceros (por ejemplo, entidades conocidas como “Data Brokers”). Más concretamente, estas organizaciones pueden agregar la información compartida e inferir ciertas características personales sensibles de los usuarios, lo cual puede afectar a su privacidad. Una manera de paliar este problema consiste en controlar el acceso de los usuarios a los recursos potencialmente sensibles. En concreto, la gestión de control de acceso regula el acceso a los recursos compartidos de acuerdo con las credenciales de los usuarios, el tipo de recurso y las preferencias de privacidad de los propietarios de los recursos/datos. La gestión eficiente de control de acceso es crucial en entornos grandes y dinámicos. Por otra parte, con el fin de proponer una solución viable y escalable, es necesario eliminar la gestión manual de reglas y restricciones (en la cual, la mayoría de las soluciones disponibles dependen), dado que ésta constituye una pesada carga para usuarios y administradores. Por último, la gestión del control de acceso debe ser intuitivo para los usuarios finales, que por lo general carecen de grandes conocimientos técnicos.Thanks to the advent of the Internet, it is now possible to easily share vast amounts of electronic information and computer resources (which include hardware, computer services, etc.) in open distributed environments. These environments serve as a common platform for heterogeneous users (e.g., corporate, individuals etc.) by hosting customized user applications and systems, providing ubiquitous access to the shared resources and requiring less administrative efforts; as a result, they enable users and companies to increase their productivity. Unfortunately, sharing of resources in open environments has significantly increased the privacy threats to the users. Indeed, shared electronic data may be exploited by third parties, such as Data Brokers, which may aggregate, infer and redistribute (sensitive) personal features, thus potentially impairing the privacy of the individuals. A way to palliate this problem consists on controlling the access of users over the potentially sensitive resources. Specifically, access control management regulates the access to the shared resources according to the credentials of the users, the type of resource and the privacy preferences of the resource/data owners. The efficient management of access control is crucial in large and dynamic environments such as the ones described above. Moreover, in order to propose a feasible and scalable solution, we need to get rid of manual management of rules/constraints (in which most available solutions rely) that constitutes a serious burden for the users and the administrators. Finally, access control management should be intuitive for the end users, who usually lack technical expertise, and they may find access control mechanism more difficult to understand and rigid to apply due to its complex configuration settings

Contributions to Lifelogging Protection In Streaming Environments

Tots els dies, més de cinc mil milions de persones generen algun tipus de dada a través d'Internet. Per accedir a aquesta informació, necessitem utilitzar serveis de recerca, ja siguin motors de cerca web o assistents personals. A cada interacció amb ells, el nostre registre d'accions, logs, s'utilitza per oferir una millor experiència. Per a les empreses, també són molt valuosos, ja que ofereixen una forma de monetitzar el servei. La monetització s'aconsegueix venent dades a tercers, però, els logs de consultes podrien exposar informació confidencial de l'usuari (identificadors, malalties, tendències sexuals, creences religioses) o usar-se per al que es diu "life-logging ": Un registre continu de les activitats diàries. La normativa obliga a protegir aquesta informació. S'han proposat prèviament sistemes de protecció per a conjunts de dades tancats, la majoria d'ells treballant amb arxius atòmics o dades estructurades. Desafortunadament, aquests sistemes no s'adapten quan es fan servir en el creixent entorn de dades no estructurades en temps real que representen els serveis d'Internet. Aquesta tesi té com objectiu dissenyar tècniques per protegir la informació confidencial de l'usuari en un entorn no estructurat d’streaming en temps real, garantint un equilibri entre la utilitat i la protecció de dades. S'han fet tres propostes per a una protecció eficaç dels logs. La primera és un nou mètode per anonimitzar logs de consultes, basat en k-anonimat probabilística i algunes eines de desanonimització per determinar fuites de dades. El segon mètode, s'ha millorat afegint un equilibri configurable entre privacitat i usabilitat, aconseguint una gran millora en termes d'utilitat de dades. La contribució final es refereix als assistents personals basats en Internet. La informació generada per aquests dispositius es pot considerar "life-logging" i pot augmentar els riscos de privacitat de l'usuari. Es proposa un esquema de protecció que combina anonimat de logs i signatures sanitizables.Todos los días, más de cinco mil millones de personas generan algún tipo de dato a través de Internet. Para acceder a esa información, necesitamos servicios de búsqueda, ya sean motores de búsqueda web o asistentes personales. En cada interacción con ellos, nuestro registro de acciones, logs, se utiliza para ofrecer una experiencia más útil. Para las empresas, también son muy valiosos, ya que ofrecen una forma de monetizar el servicio, vendiendo datos a terceros. Sin embargo, los logs podrían exponer información confidencial del usuario (identificadores, enfermedades, tendencias sexuales, creencias religiosas) o usarse para lo que se llama "life-logging": Un registro continuo de las actividades diarias. La normativa obliga a proteger esta información. Se han propuesto previamente sistemas de protección para conjuntos de datos cerrados, la mayoría de ellos trabajando con archivos atómicos o datos estructurados. Desafortunadamente, esos sistemas no se adaptan cuando se usan en el entorno de datos no estructurados en tiempo real que representan los servicios de Internet. Esta tesis tiene como objetivo diseñar técnicas para proteger la información confidencial del usuario en un entorno no estructurado de streaming en tiempo real, garantizando un equilibrio entre utilidad y protección de datos. Se han hecho tres propuestas para una protección eficaz de los logs. La primera es un nuevo método para anonimizar logs de consultas, basado en k-anonimato probabilístico y algunas herramientas de desanonimización para determinar fugas de datos. El segundo método, se ha mejorado añadiendo un equilibrio configurable entre privacidad y usabilidad, logrando una gran mejora en términos de utilidad de datos. La contribución final se refiere a los asistentes personales basados en Internet. La información generada por estos dispositivos se puede considerar “life-logging” y puede aumentar los riesgos de privacidad del usuario. Se propone un esquema de protección que combina anonimato de logs y firmas sanitizables.Every day, more than five billion people generate some kind of data over the Internet. As a tool for accessing that information, we need to use search services, either in the form of Web Search Engines or through Personal Assistants. On each interaction with them, our record of actions via logs, is used to offer a more useful experience. For companies, logs are also very valuable since they offer a way to monetize the service. Monetization is achieved by selling data to third parties, however query logs could potentially expose sensitive user information: identifiers, sensitive data from users (such as diseases, sexual tendencies, religious beliefs) or be used for what is called ”life-logging”: a continuous record of one’s daily activities. Current regulations oblige companies to protect this personal information. Protection systems for closed data sets have previously been proposed, most of them working with atomic files or structured data. Unfortunately, those systems do not fit when used in the growing real-time unstructured data environment posed by Internet services. This thesis aims to design techniques to protect the user’s sensitive information in a non-structured real-time streaming environment, guaranteeing a trade-off between data utility and protection. In this regard, three proposals have been made in efficient log protection. The first is a new method to anonymize query logs, based on probabilistic k-anonymity and some de-anonymization tools to determine possible data leaks. A second method has been improved in terms of a configurable trade-off between privacy and usability, achieving a great improvement in terms of data utility. Our final contribution concerns Internet-based Personal Assistants. The information generated by these devices is likely to be considered life-logging, and it can increase the user’s privacy risks. The proposal is a protection scheme that combines log anonymization and sanitizable signatures

From Controlled Data-Center Environments to Open Distributed Environments: Scalable, Efficient, and Robust Systems with Extended Functionality

The past two decades have witnessed several paradigm shifts in computing environments. Starting from cloud computing which offers on-demand allocation of storage, network, compute, and memory resources, as well as other services, in a pay-as-you-go billingmodel. Ending with the rise of permissionless blockchain technology, a decentralized computing paradigm with lower trust assumptions and limitless number of participants. Unlike in the cloud, where all the computing resources are owned by some trusted cloud provider, permissionless blockchains allow computing resources owned by possibly malicious parties to join and leave their network without obtaining permission from some centralized trusted authority. Still, in the presence of malicious parties, permissionlessblockchain networks can perform general computations and make progress. Cloud computing is powered by geographically distributed data-centers controlled and managed by trusted cloud service providers and promises theoretically infinite computing resources. On the other hand, permissionless blockchains are powered by open networks of geographically distributed computing nodes owned by entities that are not necessarily known or trusted. This paradigm shift requires a reconsideration of distributed data management protocols and distributed system designs that assume low latency across system components, inelastic computing resources, or fully trusted computing resources.In this dissertation, we propose new system designs and optimizations that address scalability and efficiency of distributed data management systems in cloud environments. We also propose several protocols and new programming paradigms to extend the functionality and enhance the robustness of permissionless blockchains. The work presented spans global-scale transaction processing, large-scale stream processing, atomic transaction processing across permissionless blockchains, and extending the functionality and the use-cases of permissionless blockchains. In all these directions, the focus is on rethinking system and protocol designs to account for novel cloud and permissionless blockchain assumptions. For global-scale transaction processing, we propose GPlacer, a placement optimization framework that decides replica placement of fully and partial geo-replicated databases. For large-scale stream processing, we propose Cache-on-Track (CoT) an adaptive and elastic client-side cache that addresses server-side load-imbalances that occur in large-scale distributed storage layers. In permissionless blockchain transaction processing, we propose AC3WN, the first correct cross-chain commitment protocol that guarantees atomicity of cross-chain transactions. Also, we propose TXSC, a transactional smart contract programming framework. TXSC provides smart contract developers with transaction primitives. These primitives allow developers to write smart contracts without the need to reason about the anomalies that can arise due to concurrent smart contract function executions. In addition, we propose a forward-looking architecture that unifies both permissioned and permissionless blockchains and exploits the running infrastructure of permissionless blockchains to build global asset management systems

Cryptographic protocols for privacy-aware and secure e-commerce

Aquesta tesi tracta sobre la investigació i el desenvolupament de tecnologies de millora de la privadesa per a proporcionar als consumidors de serveis de comerç electrònic el control sobre quanta informació privada volen compartir amb els proveïdors de serveis. Fem servir tecnologies existents, així com tecnologies desenvolupades durant aquesta tesi, per a protegir als usuaris de la recoleció excessiva de dades per part dels proveïdors de serveis en aplicacions específiques. En particular, fem servir un nou esquema de signatura digital amb llindar dinàmic i basat en la identitat per a implementar un mecanisme d'acreditació de la mida d'un grup d'usuaris, que només revela el nombre d'integrants del grup, per a implementar descomptes de grup. A continuació, fem servir una nova construcció basada en signatures cegues, proves de coneixement nul i tècniques de generalització per implementar un sistema de descomptes de fidelitat que protegeix la privadesa dels consumidors. Per últim, fem servir protocols de computació multipart per a implementar dos mecanismes d'autenticació implícita que no revelen informació privada de l'usuari al proveïdor de serveis.Esta tesis trata sobre la investigación y desarrollo de tecnologías de mejora de la privacidad para proporcionar a los consumidores de servicios de comercio electrónico el control sobre cuanta información privada quieren compartir con los proveedores de servicio. Utilizamos tecnologías existentes y desarrolladas en esta tesis para proteger a los usuarios de la recolección excesiva de datos por parte de los proveedores de servicio en aplicaciones especfíficas. En particular, utilizamos un nuevo esquema de firma digital basado en la identidad y con umbral dinámico para implementar un sistema de acreditación del tamaño de un grupo, que no desvela ninguna información de los miembros del grupo excepto el número de integrantes, para construir un sistema de descuentos de grupo. A continuación, utilizamos una nueva construcción basada en firmas ciegas, pruebas de conocimiento nulo y técnicas de generalización para implementar un sistema de descuentos de fidelidad que protege la privacidad de los consumidores. Por último, hacemos uso de protocolos de computación multiparte para implementar dos mecanismos de autenticación implícita que no revelan información privada del usuario al proveedor de servicios.This thesis is about the research and development of privacy enhancing techniques to empower consumers of electronic commerce services with the control on how much private information they want to share with the service providers. We make use of known and newly developed technologies to protect users against excessive data collection by service providers in specific applications. Namely, we use a novel identity-based dynamic threshold signature scheme and a novel key management scheme to implement a group size accreditation mechanism, that does not reveal anything about group members but the size of the group, to support group discounts. Next, we use a novel construction based on blind signatures, zero-knowledge proofs and generalization techniques to implement a privacy-preserving loyalty programs construction. Finally, we use multiparty computation protocols to implement implicit authentication mechanisms that do not disclose private information about the users to the service providers