类型a：这篇文档报告了一项原创研究，以下是针对该研究的学术报告。
主要作者和机构及发表期刊信息
本研究由陈亚峰（Yafeng Chen）、吴阿新（Axin Wu）、杨越（Yuer Yang）、辛向军（Xiangjun Xin）和宋畅（Chang Song）共同完成。其中，陈亚峰来自河南轻工业职业学院，吴阿新和杨越来自暨南大学网络安全学院，辛向军来自郑州轻工业大学软件工程学院，宋畅来自中国联通智慧城市研究院。该研究发表于《IEEE Transactions on Cloud Computing》2024年第12卷第1期（January-March 2024）。
研究背景
这项研究属于隐私保护和云计算领域的交叉学科研究，旨在解决接触追踪（Contact Tracing, CT）中的隐私问题。接触追踪是遏制传染病传播的重要技术手段之一，但在实际应用中，用户需要提供历史轨迹和访问地点等敏感数据，这可能导致隐私泄露。为了解决这一问题，私有集合交集基数（Private Set Intersection Cardinality, PSI-CA）被提出，它允许双方仅计算两个私有集合的交集大小，而不泄露其他信息。然而，现有的高效PSI-CA协议通常依赖于多轮交互式不经意传输（Oblivious Transfer, OT），这会导致本地计算负担和通信延迟，尤其是在与多个接收方交互时。云辅助PSI-CA通过将计算任务外包给云服务器，可以缓解用户的计算和通信压力。然而，云服务器可能由于资源限制或恶意行为返回错误或不完整的结果，从而影响结果的正确性。目前尚无现有方案能够同时实现云辅助PSI-CA的功能并验证云服务器返回结果的正确性。因此，本研究的目标是设计一种可验证的云辅助PSI-CA协议，以解决上述问题。
研究流程
本研究包括以下步骤：
双服务器协议设计
研究首先提出了一种基于双非共谋服务器的可验证云辅助PSI-CA协议。具体流程如下：接收方生成一个随机种子k并发送给发送方，发送方利用k生成一个随机集合V，并将私有输入集合X和集合V编码为一个OKVS表（Oblivious Key-Value Store），然后上传至两个非共谋云服务器C1和C2。接收方随后生成一个随机集合Y’并发送给C1和C2。两个云服务器分别执行解码算法并对结果进行混淆，然后将结果W1和W2返回给接收方。接收方比较两个服务器返回的结果，若一致，则获取交集大小；否则拒绝结果。此外，为了优化接收方的计算成本，研究引入了布谷鸟哈希（Cuckoo Hashing）技术，使接收方的计算复杂度与发送方集合大小无关。
单服务器协议设计
在此基础上，研究进一步提出了一种基于单服务器的可验证云辅助PSI-CA协议。其核心思想是在交集中嵌入一个随机集合E，若云服务器诚实计算交集，则返回结果中应包含E。接收方通过检查返回结果是否包含E来验证结果的正确性。同样地，研究也使用布谷鸟哈希优化了该协议，以减少接收方的计算负担。
实验与性能评估
研究在一台配备Intel Core i7-11800H CPU、24GB RAM和512GB SSD的笔记本电脑上实现了上述协议，并对其性能进行了全面评估。实验参数设置如下：假设每15分钟生成一个令牌，每天生成80个令牌，过去14天内每个用户共有1120个令牌；发送方集合大小为n=2^26，接收方集合大小为m={2^9, 2^10, 2^11, 2^12, 2^13}。实验结果显示，单服务器协议在不平衡场景下的效率高于双服务器协议，且不会显著增加计算和通信成本。
主要结果
1. 双服务器协议结果
双服务器协议在计算和通信成本方面表现良好，但由于需要两次独立计算，整体效率较低。实验表明，经过布谷鸟哈希优化后，双服务器协议的计算复杂度显著降低，但仍高于单服务器协议。
单服务器协议结果
单服务器协议在不平衡场景下表现出更高的效率。例如，在n=2^26和m=2^13的情况下，完成一次PSI-CA协议仅需10.58毫秒。此外，单服务器协议的通信成本也低于双服务器协议。
性能对比
与现有协议（如Epione和GST）相比，本研究提出的协议在计算和通信成本方面具有竞争力，且提供了额外的可验证功能。尽管引入可验证性增加了计算成本，但总体开销仍在可接受范围内。
结论与意义
本研究成功设计了两种可验证的云辅助PSI-CA协议，解决了云服务器可能返回错误结果的问题。这些协议不仅提高了接触追踪的隐私保护水平，还显著降低了用户的计算和通信负担。单服务器协议尤其适用于不平衡场景，能够高效处理大规模数据集。本研究的意义在于为隐私保护接触追踪提供了一种高效、安全的解决方案，具有重要的科学价值和应用前景。
研究亮点
1. 创新性方法
本研究首次提出了基于单服务器和双服务器的可验证云辅助PSI-CA协议，填补了该领域的空白。
布谷鸟哈希优化
研究通过引入布谷鸟哈希技术，使接收方的计算复杂度与发送方集合大小无关，显著提升了协议效率。
实用性和高效性
实验结果表明，单服务器协议在不平衡场景下的性能优于现有方案，且不会显著增加计算和通信成本。
广泛适用性
本研究的方法可迁移到其他云辅助PSI-CA场景，具有广泛的适用性。
其他有价值内容
本研究还详细分析了协议的安全性，证明了其在恶意云服务器和半诚实发送方/接收方模型下的安全性。此外，研究对协议的复杂度进行了全面分析，为未来的研究提供了重要参考。