云环境下多关键字多功能可搜索加密的设计、优化和应用

发布时间：2020-06-12 06:47

【摘要】：近年来,随着云计算的快速发展和普及,越来越多的公司和个人开始将数据或者计算外包到云服务器上,这种服务模式不仅可以按需使用、按量付费,拓展和维护也更加方便。但是外包到云服务器上的数据如邮件、医疗记录等可能涉及用户的隐私。为了保护用户数据的机密性,传统的策略是将数据外包到云服务器之前先加密处理,但是加密会极大的限制数据的可用性,因为适用于明文的处理策略往往无法直接应用于密文。对称可搜索加密是近年来发展较快的一种密文域上的处理策略,其可以在保证数据机密性的同时支持在密文域上进行搜索。目前,对称可搜索加密的研究热点已经从单关键字可搜索加密逐渐转向了多关键字可搜索加密甚至是功能性的可搜索加密。但是在如何支持功能性可搜索加密的同时提高效率,以及如何将功能性可搜索加密应用到较大规模的文档集合方面,仍然有待进一步的研究。针对上述问题,本文首先提出了支持偏好搜索和逻辑搜索的top-k排名的可验证的多关键字可搜索加密基本方案。基本方案通过构造合适的查询陷门以分别支持偏好搜索和逻辑搜索;通过建立树形索引并结合剪枝策略提高了top-k排名搜索的效率;通过构造验证对象保证搜索结果在传输过程中不会被篡改或者失序。另一方面,较大规模的文档集合往往会生成一个较高维度的关键词字典,关键词字典的维度会显著的影响可搜索加密各个阶段的效率。为此,本文提出了三种优化方案,分别基于关键字提取和自动文本摘要、基于词干提取和词形还原、基于对角矩阵。这些优化方案使得支持较大规模的文档集合成为可能。本文简要地分析了方案的安全性,并通过大量的实验定量对比了本文方案和对照方案在各个阶段的效率,实验数据表明了本文提出的基本方案的可行性和高效性。另外,本文也在真实的数据集上对比了基本方案和各个优化方案下偏好搜索各阶段的效率,数据显示,各优化方案相比基本方案在各阶段都有相当程度的效率提升。最后,本文讨论了可搜索加密几个可能的应用场景,以此简要说明可搜索加密重要的应用价值。
【图文】：

系统模型图,系统模型

可搜索加密是密文域上一种比较有应用前景的处理技术，其可以保证数据机支持在密文域上进行搜索。可搜索加密主要包括 4 个阶段，，包括预处理和密、文档加密和生成索引阶段、陷门生成阶段、查询并返回结果阶段。近年来加密的研究已经不局限于单关键、多关键字可搜索加密。也有相关方案都聚加密的功能性研究，例如偏好搜索、逻辑搜索、语义搜索、模糊搜索以及其如 top-k 排名搜索、字典可更新、可验证性、访问控制等。本章主要介绍本文提出的可搜索加密的基本方案，包括基础方案、以及基于偏好搜索方案和逻辑搜索方案。系统模型和威胁模型1 系统模型

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图 3-2 可搜索加密系统流程图3.2.1 初始化阶段 (1( ))。初始化阶段，即密钥生成阶段，该阶段的工作包括文档的处理和密钥的生成。在处理文档的过程中，需要统计各个文档的长度信息、各个文档中包含的关键词的频率信息、包含特定的关键词的文档数目信息，并生成关键词字典。密钥生成阶段会生成密钥四元组 = ( , 1, 2, )。其中是一个长度为 n 的随机比特向量，用于对文档向量或者查询向量进行随机切分以生成文档子向量或者查询子向量，生成子向量的目的是为了隐藏原向量的信息。 1和 2是两个 n×n 的可逆矩阵，用于对文档向量和查询向量的生成子向量进行加密。是对称加密算法的密钥（如 AES，DES 算法），用于加密文档并生成文档的消息摘要。其中 n 代表关键词字典的大小。仅仅在数据拥有者和数据使用者之间共享，云服务器不知道的任何信息。在本文偏好搜索和逻辑搜
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP309.7

【参考文献】