[發明專利]支持任意語言查詢的多用戶多關鍵詞排序可搜索加密系統

有效

• 申請號: 201710614034.3
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107491497B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 楊旸;張煜超;劉西蒙;程紅舉;張浩;劉耿耿;鄒劍;董晨
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06F16/9535
• 分類號: G06F16/9535;G06F16/30;G06F21/60;G06F21/62;H04L9/08;H04L29/08
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明涉及一種支持任意語言查詢的多用戶多關鍵詞排序可搜索加密系統，密鑰生成中心，為系統中的每個實體生成密鑰；云平臺，以加密形式存儲用戶的文檔，響應用戶的數據檢索請求；計算服務提供商，提供在線計算的在線計算服務器；數據擁有者，對關鍵詞和文檔加密，并將其發送到所述云平臺進行存儲；用戶，生成關鍵詞陷門向所述云平臺發起數據檢索請求。本發明所提出的一種支持任意語言查詢的多用戶多關鍵詞排序可搜索加密系統，存儲開銷小，支持任意語言，靈活的授權機制和基于時間的用戶撤銷機制，同時搜索多個數據擁有者的數據，靈活的關鍵詞權重和偏好分數設置，保護用戶隱私。

技術領域

本發明涉及一種支持任意語言查詢的多用戶多關鍵詞排序可搜索加密系統。

背景技術

云計算提供了豐富的計算和存儲資源，吸引越來越多的個人和企業將數據外包存儲到云服務器中。數據加密算法可以將數據轉換成不可讀的密文，但是如何搜索和共享加密數據是一個具有挑戰性的問題。可搜索加密(SE)是對加密數據進行關鍵詞搜索的一種有效方法，在醫療、智能電網、物聯網等領域有廣泛的用途。為了通過SE來實現對加密文檔的搜索，數據擁有者需要首先從文檔中提取出一組關鍵詞，并將其加密為加密索引。然后，數據擁有者將加密索引和加密文檔上傳到云服務器進行存儲。在數據查詢階段，用戶生成關鍵詞陷門，并將陷門提交給云服務器。云服務器使用匹配算法來測試陷門和加密索引之間的關聯關系，之后把含有關鍵詞的加密文檔返回給用戶。

很多現有的SE系統只支持單一關鍵詞搜索或聯結關鍵詞查詢，不能根據相關度分數對搜索到的文檔進行排序。為了改善搜索體驗，有人提出了多關鍵詞排序可搜索加密機制(MRSE)，使得云服務器返回前k篇具有最高相關度分數的文檔，而不是所有文檔給用戶。然而大多數現有的MRSE系統都是基于特殊的k-最近鄰(KNN)算法設計的,這類系統架構簡稱為KNN-SE。現有的基于KNN-SE架構的MRSE系統有許多缺點，具有較大局限性。在保證方案效率和安全性的前提下，需要設計新的MRSE系統來克服這些缺陷。

2000年，Song等人首次提出安全可搜索加密的概念。Boneh等人提出了公鑰加密和關鍵詞搜索方案。Curtmola和Cash等人利用可搜索對稱加密方案來實現高可擴展性的系統。2011年，Cao等人提出了支持單用戶的MRSE方案，它基于KNN-SE架構。KNN-SE是一種對稱加密系統，它利用“內積相似度”來量化相似度并對結果進行排序。KNN-SE的安全密鑰由兩個k×k的矩陣M₁、M₂和向量S∈{0,1}^k組成(k是系統建立時預定義的關鍵詞數量)。對于每篇文檔，提取的關鍵詞被映射到向量I∈{0,1}^k，向量中的每一位都表示預定義的關鍵詞是否存在于文檔中。接著根據指示向量S，向量I分裂成兩個向量I'和I”。I'、I”分別與相乘來生成加密索引。生成陷門與生成加密索引的過程是類似的，不同之處在于分裂的查詢向量I'和I”分別與相乘。在查詢階段，利用內積來計算相關度分數。

大多數的MRSE系統都是基于KNN-SE架構設計的。Yu等人提出了兩輪可搜索加密系統來實現排序多關鍵詞搜索。他們使用KNN-SE架構和保序加密技術來保證系統的安全性。Fu等人提出了支持同義詞查詢的多關鍵詞排序搜索系統，它也基于KNN-SE架構.系統支持同義詞查詢并且在數據檢索過程中允許同義詞替換。我們在提取關鍵詞時利用了TF-IDF(詞頻-逆文檔頻率)作為關鍵詞權重。數據擁有者必須構造索引樹來加速搜索算法，這消耗了很多存儲空間。后來，他們提出了可驗證的基于關鍵詞的語義搜索系統，支持搜索結果的可驗證性；設計了一個基于符號的索引樹來存儲“路徑”信息，可以使用該索引樹來驗證搜索結果。