本文提出SPIRAL协议族，用于实现单服务器私有信息检索（PIR）。核心创新在于组合使用两种基于格的同态加密方案：Regev加密方案和Gentry-Sahai-Waters（GSW）加密方案，并引入了新的密文转换技术，使得两种方案可以高效互转，从而在通信和计算之间实现新的权衡。实验表明，与先前系统相比，基础版SPIRAL在多种数据库配置下同时实现了查询大小降低至少4.5倍、响应大小降低1.5倍、服务器吞吐量提升2倍。变体SPIRAL-STREAMPACK针对流式场景优化，在超过百万条记录的数据库上达到1.9 GB/s的服务器吞吐量（先前协议为200 MB/s），速率达到0.81（先前为0.24）。对于大规模记录（如私有视频流），估计SPIRAL-STREAMPACK的货币成本仅为无隐私基准（客户端直接下载记录）的1.9倍。该工作适用于对隐私保护数据库查询有需求的场景，如医疗记录检索、金融数据查询等。

本文研究私密信息检索（PIR）协议的通信复杂度问题。PIR 允许用户在不向服务器泄露查询内容的情况下，从分布式数据库中检索一条记录。经典结果要求服务器数量与通信量之间存在权衡。本文在数论猜想（广义重单位猜想或 Schinzel 假设 H）成立的前提下，构造了对于任意常数 s 的 s 服务器 PIR 协议，其通信复杂度为 exp(O((log n)^{1/s} (log log n)^{1-1/s}))，其中 n 为数据库大小。此前达到相同通信量的协议需要 2^{O(s)} 台服务器。核心创新在于构建了仅含 k+1 个非零系数的 S-解码多项式（模 k 个素数的特殊乘积），解决了 Ghasemi 和 Kopparty 提出的开放问题，该稀疏性已被证明是最优的。作者还通过实验验证了构造的正确性，并使得对于 s ≤ 15 的结果无条件成立。此外，对于随 n 增长的 s，在更强的数论猜想下，本文证明了匹配向量 PIR 的通信复杂度可较先前最优结果实现超多项式改进。主要结果（常数 s）及其证明由作者在 GPT-5.5 Pro 对话中发现。该工作属于理论计算复杂性领域，为高效 PIR 协议的设计提供了新的代数工具。

该论文提出了Zelda，一种高效的多服务器预处理私有信息检索（PIR）方案，具有无条件安全性。传统无预处理的PIR方案每个客户端查询需要线性服务器计算。近年来的工作表明，通过一次性预处理阶段，可以绕过这一障碍，实现亚线性计算且无需密码学假设。Beimel等人（CRYPTO'00）首次展示了一族方案，其带宽和计算随服务器数量S的增大以n^{O(1/S)}的速度增长，但每个服务器必须存储数据库的编码版本，且编码长度随S急剧增长，导致不实用。Singh等人（TCC'24）实现了类似的带宽缩放但避免了服务器空间膨胀，他们依赖客户端特定预处理，但有状态客户端存储提示，服务器只存储原始数据库，然而该方案因依赖Dvir和Gopi的PIR而完全不实用。Zelda是第一个具体高效、信息论安全的多服务器PIR方案，具有亚线性计算。理论方面，作者提出了一个统一框架，用于构建具有客户端特定预处理的多服务器PIR，得到一族参数化方案，渐近性能优于所有先前的构造（包括Singh等人和Ishai等人）。实践方面，Zelda概念简单、自包含，不依赖任何底层PIR。作者实现了Zelda并开源代码，与最先进的PIR方案QuarterPIR（依赖伪随机函数）进行了对比实验。结果表明，在典型光纤链路下，Zelda在在线响应时间和客户端空间方面优于QuarterPIR，代价是离线维护操作成本增加。

该论文针对单服务器有状态私密信息检索（PIR）协议中效率与可验证性之间的权衡问题，提出了一种新型协议。论文首先分析了现有单服务器PIR方案在状态更新和验证方面的不足，指出大多数方案无法同时保证检索结果的正确性（可验证性）和支持高效的批量查询。作者设计了一个基于同态加密和承诺机制的协议，该协议通过引入轻量级状态更新算法，在服务器端维护一个加密状态，客户端每次查询时仅需少量交互，并能通过验证算法确保服务器未篡改数据。实验部分使用真实数据集评估了协议的性能，结果显示在带宽、计算开销和存储开销方面均优于现有方案，特别是在大规模数据场景下，查询延迟降低了约40%。该工作为构建可审计的私有数据检索系统提供了新的思路，适合对隐私增强技术和数据库安全感兴趣的研究者阅读。

本文针对多服务器私有信息检索（PIR）协议中普遍存在的“非共谋假设”提出质疑与改进。传统上，这类安全计算协议依赖服务器之间不共谋的强假设，但该假设在实际部署中极易被隐蔽的共谋行为破坏。作者观察到，当可用服务器数量远大于执行任务所需的数量时，单个服务器的偏离行为对其自身利益有限。因此，通过引入适度的奖励与惩罚机制，可以增加共谋的成本，从而在不依赖诚实服务器的前提下提高抗共谋性。论文设计并实现了一种基于公共公告板（bulletin board）的共谋缓解机制，该机制具备支付执行功能，仅考虑理性或恶意的参与者，无需任何诚实非共谋服务器。该机制能在查询执行后的延长时段内持续提供隐私保护。实验表明，该方案在大量服务器场景下能有效抑制共谋，同时保持较低的通信和计算开销。该工作为PIR协议在实际环境中的安全部署提供了新思路，特别适用于区块链轻客户端等服务器资源丰富的应用场景。

本文针对单服务器私有信息检索（PIR）在预处理场景下的计算下界进行了研究。已有工作表明，单服务器PIR若实现亚线性通信，则每个查询需要线性数量的（公钥）服务器操作。近期的突破性工作通过利用预处理成功构造了查询计算亚线性的单服务器PIR，从而规避了这些下界。本文给出了任何基于黑盒密码学（如随机预言机、虚拟黑盒混淆）的预处理单服务器PIR的计算下界。具体地，对于客户端存储s比特关于n比特数据库的预处理方案，我们证明在线摊销计算量至少为Ω(n/s)，该下界在k=Ω(s)次查询（即使在一个批量查询中执行）下成立。更详细地说，我们证明要么在线摊销通信为Ω(n/s)，要么服务器必须执行Ω(n/s)次密码学操作。这些下界是最优的，因为存在匹配上述要求之一而超越另一个的预处理PIR构造。此外，我们的下界还排除了从黑盒密码学构造具有亚线性查询计算的完全高效PIR（doubly efficient PIR）的可能性。我们的证明框架还支持三类弱限制单服务器PIR的Ω(n/s)通信下界。我们还证明了随机预言机模型下带客户端预处理的对称私有信息检索（SPIR）的下界，并给出了一个仅需在查询中使用OWF的匹配预处理SPIR构造。本文主要适合研究隐私保护计算、密码学理论及数据安全访问的学者和安全工程师阅读。

该论文提出了一种新颖的单服务器私有信息检索（PIR）协议，旨在解决传统单服务器PIR方案中计算或通信开销过高的问题。现有单服务器PIR通常依赖于同态加密或伪随机函数，导致服务器端计算复杂度与数据库大小成正比，实际部署昂贵。作者通过一种简洁的构造，将服务器端计算负载降低至接近理论最优水平，同时保持通信开销极低。核心创新在于利用一种轻量级的向量编码技术和巧妙的查询生成方法，使得服务器仅需执行一次线性扫描（与数据库大小线性）即可完成响应，且无需复杂的同态操作。论文提供了完整的安全性证明，基于标准假设（如PRG的存在性）。实验评估表明，与当前最先进的单服务器PIR方案相比，新协议在中等规模数据库（如1GB）上实现了2-5倍的吞吐量提升，且延迟更低。作者还讨论了该协议对客户端缓存和并行化的友好性。该工作为实用的隐私保护数据检索提供了更可行的基础，对密码学社区和隐私计算工程均具有重要参考价值。

本文提出 baseSPIDER 和 SPIDER 两种私有信息检索（PIR）方案，旨在解决传统 PIR 协议中存在的通信开销高、需要特殊服务器接口或多服务器协作等问题。baseSPIDER 采用单服务器架构，客户端具有状态，通过预处理和存储提示信息来优化后续查询，在通信复杂度上达到与现有最优方案相同的渐近下界，并在常数因子上有所改进，尤其适合大条目数据库。与以往协议相比，baseSPIDER 设计更简洁。SPIDER 则是基于 baseSPIDER 的简单变换，可直接运行在默认数据库接口上，无需服务器提供任何特殊 API、辅助状态或协议特定交互，仅依赖常规索引访问，从而彻底消除了部署障碍，可即时应用于现有系统。该变换方法还可推广到近期其他三种 PIR 方案，使其适应默认服务器范式，产生具有独立价值的新方案。与这些修改后的方案相比，SPIDER 设计更简单，但客户端计算开销更高。总体而言，SPIDER 和 baseSPIDER 在单服务器 PIR 领域提供了更实用的设计，有望降低隐私保护数据查询的实际部署门槛。

本文重新审视了多服务器、图复制私人信息检索（PIR）系统中的隐私定义，提出了一种新的设置，其中用户的隐私由服务器的存储结构决定。具体而言，当用户从某个服务器检索消息时，只有当该服务器存储了该消息时，用户才关心隐藏其所需消息的索引。作者将这种隐私需求称为本地用户隐私，并将由此产生的PIR问题称为图上的本地PIR。目标是建立本地PIR的容量，即每下载一个符号可检索的最大消息符号数，从而衡量其与经典PIR相比的通信效率增益。研究发现，对于不相交的图的并集，本地PIR容量相比经典PIR容量有显著的倍增增益，特别是当各子图相同时。对于连通图，作者提出了方案来建立边传递图和二部图的下界，这些下界高于已知的最佳经典PIR容量界。最后，推导了循环图和奇数顶点的路径图的精确本地PIR容量。本文主要贡献在于提出了一种更细粒度的隐私模型，并揭示了图结构对PIR通信效率的有利影响，为分布式存储系统中的隐私保护提供了新思路。

本文提出了一种名为 ThorPIR 的新型单服务器私有信息检索（PIR）协议，专注于客户端预处理模型。在该模型中，客户端和服务器首先执行联合预处理阶段，之后客户端可以以亚线性时间从数据库中检索元素。现有构造存在两种范式：一是离线阶段需要线性带宽（即客户端下载整个数据库），二是离线阶段为亚线性带宽但要求服务器使用全同态加密（FHE）计算深度为 Ω(λN) 的电路。ThorPIR 通过引入同态 Thorp 洗牌（Homomorphic Thorp Shuffles）技术，结合客户端预处理，实现了亚线性带宽的离线阶段，同时避免了服务器端的大深度 FHE 计算。具体而言，客户端在预处理阶段生成一个打乱的数据库副本，随后通过同态操作进行有效检索。实验表明，ThorPIR 在通信和计算开销上优于现有方案，特别适用于大型数据库场景。该工作为实用化单服务器 PIR 提供了新思路，降低了预处理复杂度。

本文提出无条件安全的信息论认证PIR（itAPIR）构造，形式化定义其安全性，证明itPIR-RV可零开销升级为itAPIR，填补了理论空白。