[發(fā)明專利]云環(huán)境中支持詞形詞義模糊檢索的可搜索加密方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810258546.5
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號(hào): CN108712366B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李暉;石素麗;李鳳華;朱輝;龔柏翰
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L29/06
• 分類號(hào): H04L29/06;H04L29/08;H04L9/08;G06F16/13;G06F16/901
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪;何畏

1.一種云環(huán)境中支持詞形詞義模糊檢索的可搜索加密方法，其特征在于，所述云環(huán)境中支持詞形詞義模糊檢索的可搜索加密方法采用布隆過濾器結(jié)構(gòu)建立關(guān)鍵詞的安全索引，支持文件動(dòng)態(tài)更新；采用局部敏感哈希函數(shù)來完成詞形模糊匹配；利用自然語言工具箱對關(guān)鍵詞進(jìn)行詞義拓展，構(gòu)造詞義模糊集，并插入構(gòu)建的安全索引中，將支持詞義關(guān)鍵詞檢索轉(zhuǎn)化為精確匹配檢索；通過構(gòu)建查詢向量與索引向量進(jìn)行內(nèi)積運(yùn)算實(shí)現(xiàn)對檢索結(jié)果的排序；使用哈希函數(shù)和安全knn算法抵抗選擇關(guān)鍵詞攻擊，實(shí)現(xiàn)在云服務(wù)器半可信的情況下對密文的搜索；

所述云環(huán)境中支持詞形詞義模糊檢索的可搜索加密方法包括以下步驟：

步驟一，文檔預(yù)處理，對要處理的明文文件集合F，生成每個(gè)文件的文件標(biāo)識(shí)符，將要上傳的明文文檔f_i，使用分詞軟件進(jìn)行分詞，構(gòu)建關(guān)鍵詞集W_i，通過自然語言工具箱中英語詞典提取與關(guān)鍵詞集W_i中的每一個(gè)元素詞義相近的詞，運(yùn)算得到目標(biāo)關(guān)鍵詞集W_i的同義詞集Synset(W_i)，構(gòu)造詞義模糊集將W_i與合并形成詞集W_i′；

步驟二，密鑰生成，輸入安全參數(shù)，根據(jù)安全參數(shù)生成加密密鑰sk，加密索引和查詢關(guān)鍵字都需要該密鑰；

步驟三，構(gòu)建布隆過濾器，根據(jù)上傳的文檔集關(guān)鍵字信息，針對每一個(gè)文檔構(gòu)建k位的布隆過濾器B_i，將每一個(gè)關(guān)鍵字映射到布隆過濾器中，然后存儲(chǔ)該條記錄；所述構(gòu)建布隆過濾器過程包括：

第一步，為每個(gè)文件f_i分配一個(gè)k位的Bloom Filter B_i，B_i的每一位初始值都設(shè)為0；

第二步，把關(guān)鍵詞字符集W_i′使用對偶編碼算法轉(zhuǎn)換為向量集合表示，將每個(gè)關(guān)鍵詞w_j轉(zhuǎn)換采用26²長度的二進(jìn)制向量v_j∈{0，1}⁶⁷⁶來表示，轉(zhuǎn)換成的向量集合為V_i＝{v₁，v₂，…，v_t}；

第三步，選取l個(gè)LSH函數(shù)族H＝{H₁，H₂，…，H_l}中的函數(shù)計(jì)算(H₁(v_j)，H₂(v_j)，…，H_l(v_j))，哈希函數(shù)族的形式為且b是[0，w]的隨機(jī)數(shù)，a為每個(gè)元素滿足穩(wěn)定分布的26²維向量；

第四步，對于向量集合V_i中的每一個(gè)向量v_j，將(H₁(v_j)，H₂(v_j)，…，H_l(v_j))計(jì)算出來的哈希結(jié)果值依次找到B_i中對應(yīng)的位置設(shè)為1，當(dāng)前位置已經(jīng)是1，則無需更改，將B_i表示為(b₁，b₂，…，b_k)；

步驟四，加密索引向量，根據(jù)步驟二生成的密鑰sk，對布隆過濾器進(jìn)行加密，生成關(guān)鍵詞加密索引I_i，并將加密后的索引和數(shù)據(jù)文件共同提交至服務(wù)器；

步驟五，檢索陷門生成，被授權(quán)用戶根據(jù)需要搜索的關(guān)鍵詞，本地采用同樣的方式生成關(guān)鍵詞向量結(jié)構(gòu)并加密生成查詢關(guān)鍵詞陷門，將查詢陷門發(fā)送到云服務(wù)器端；所述生成檢索陷門過程包括：

第一步，輸入查詢的關(guān)鍵詞集合Q＝{q₁，q₂，…，q_m}，將Q使用對偶編碼算法轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制向量集合V＝{v₁，v₂，…，v_m}，每個(gè)二進(jìn)制向量v_j都是26²位；

第二步，為查詢集合設(shè)置一個(gè)長為k的Bloom Filter B；

第三步，對于每一個(gè)向量v_j，選取l個(gè)LSH函數(shù)族H＝{H₁，H₂，…，H_l}中的函數(shù)計(jì)算(H₁(v_j)，H₂(v_j)，…，H_l(v_j))，其中哈希函數(shù)族的形式為且b是[0，w]的隨機(jī)數(shù)，a為每個(gè)元素滿足穩(wěn)定分布的26²維向量；

第四步，將(H₁(v_j)，H₂(v_j)，…，H_l(v_j))計(jì)算出來的哈希結(jié)果值依次找到B中對應(yīng)的位置設(shè)為1，如果當(dāng)前位置已經(jīng)是1，則無需更改，設(shè)置完成B″′＝(b₁，b₂，…，b_k)；

第五步，將構(gòu)建的關(guān)鍵詞索引B＝(b_q1，b_q2，…，b_qk)基于安全k-近鄰算法使用密鑰S＝(s₁，s₂，…，s_k)進(jìn)行向量分割，與加密索引向量的分割方式恰好相反，將B分割為B′＝(b′_q1，b′_q2，…，b′_qk)和B″＝(b″_q1，b″_q2，…，b″_qk)，首先選擇一個(gè)隨機(jī)數(shù)a∈R，依次遍歷B中的每一位b_qj，如果S中對應(yīng)的s_j＝0，則b′_qj＝b″_qj＝b_qj；若S中對應(yīng)的s_j＝1；

第六步，計(jì)算最后生成搜索陷門I_q＝(I′_q，I″_q)，發(fā)送給云服務(wù)器；可逆矩陣M₁，M₂；

步驟六，搜索匹配，云服務(wù)器將獲取的陷門信息與關(guān)鍵詞索引進(jìn)行匹配，并計(jì)算相似度分?jǐn)?shù)，根據(jù)分?jǐn)?shù)進(jìn)行排序后將最為相關(guān)的加密文件返回給授權(quán)用戶。