We study the problem of private set intersection (PSI). In this problem, there are two entities $E_i$, for $i=1, 2$, each storing a set $\mathcal{P}_i$, whose elements are picked from a finite field $\mathbb{F}_K$, on $N_i$ replicated and non-colluding databases. It is required to determine the set intersection $\mathcal{P}_1 \cap \mathcal{P}_2$ without leaking any information about the remaining elements to the other entity with the least amount of downloaded bits. We first show that the PSI problem can be recast as a multi-message symmetric private information retrieval (MM-SPIR) problem. Next, as a stand-alone result, we derive the information-theoretic sum capacity of MM-SPIR, $C_{MM-SPIR}$. We show that with $K$ messages, $N$ databases, and the size of the desired message set $P$, the exact capacity of MM-SPIR is $C_{MM-SPIR} = 1 - \frac{1}{N}$ when $P \leq K-1$, provided that the entropy of the common randomness $S$ satisfies $H(S) \geq \frac{P}{N-1}$ per desired symbol. This result implies that there is no gain for MM-SPIR over successive single-message SPIR (SM-SPIR). For the MM-SPIR problem, we present a novel capacity-achieving scheme that builds on the near-optimal scheme of Banawan-Ulukus originally proposed for the multi-message PIR (MM-PIR) problem without database privacy constraints. Surprisingly, our scheme here is exactly optimal for the MM-SPIR problem for any $P$, in contrast to the scheme for the MM-PIR problem, which was proved only to be near-optimal. Our scheme is an alternative to the SM-SPIR scheme of Sun-Jafar. Based on this capacity result for MM-SPIR, and after addressing the added requirements in its conversion to the PSI problem, we show that the optimal download cost for the PSI problem is $\min\left\{\left\lceil\frac{P_1 N_2}{N_2-1}\right\rceil, \left\lceil\frac{P_2 N_1}{N_1-1}\right\rceil\right\}$, where $P_i$ is the cardinality of set $\mathcal{P}_i$


翻译:我们研究私募集交叉点的问题。 在这个问题中,有两个实体(E_i美元), 美元=1, 2美元, 每个实体储存一套美元=mathcal{P ⁇ i$, 其元素从一个有限的字段($mathb{F ⁇ K$)中提取, 美元复制和非colluding数据库中提取。 需要确定这个组合的交叉点 $\mathcal{P ⁇ 1\cccc+pal{P ⁇ 2$, 而没有向另一个实体透露任何关于剩余元素的信息, 而下载的位数最少。 我们首先显示, PSI问题可以重新作为多方式的对等私人信息检索(MM_mathb{F}F ⁇ KKKK}K- salmal_Smarl) 机制的多盘点信息。 仅作为独立的结果, 我们将MM-P_P_P_M_P} IM_MILM_ IM_Bral IM_BAR_BAR_BAR_ IM_ IM_M_M_BAR_M_ IMFM_ IMFM_BAR_M_ IM_ IMFM_M_M_M_M_M_M_M_M_BAR_M_M_ IMFM_ IMFM_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_ IM IM IM IM IM IM IMFAR_ IM IM IM IM IM_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_ IM IM IM IM IM IM IM IM IM IM IM IM IM IM IM IM IMFM_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_M_ IM_M_M_M_ IM IM IM IM IM IM

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