CN113033915A - 一种拼车用户端与司机端最短距离的比较方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种拼车用户端与司机端最短距离的比较方法，包括：调度服务器获取距离相近的至少两个拼车用户端在道路网络中的用户加密位置信息，计算出所述用户加密位置信息的质心以及所属区域；调度服务器根据质心所属区域，通知距离质心预设范围内的候选司机端上传司机加密位置信息；调度服务器分别计算司机加密位置信息和用户加密位置的质心的距离，加密后发送给代理服务器；代理服务器按照预设的方法进行解密及加密操作后发送给调度服务器；代理服务器和调度服务器协作计算，确定出候选司机中与所述用户加密位置的质心距离最近的司机，本发明还提出相应的装置及存储介质。本发明能够解决目前计算和通信效率低的问题。

Description

一种拼车用户端与司机端最短距离的比较方法及装置

技术领域

本发明涉及道路距离规划技术领域，尤其涉及一种拼车用户端与司机端最短距离的比较方法、装置及存储介质。

背景技术

在打车平台的道路网络系统中，如何高效快速地找到距离与拼车用户距离最近的司机对于节约乘客和司机的时间成本意义非凡，目前的打车平台中这一功能已经相当完善，但是当今人们对于用户隐私的保护的呼声逐渐提高，很多国家已经开始重视用户个人因素保护和大数据信息安全，这已经是上升到法律和技术层面的大事。最短道路距离计算也是路网计算中最基本的算法，具有广泛的应用。有许多有效的最短路径(距离)的算法，如弗洛伊德算法和Dijkstra算法等。

某种程度上同态加密(SHE)可以支持有限数量的密文加法和乘法。FV方案是一种流行的SHE方案，它依赖于一个被称为带误差环学习(RLWE)问题的硬计算问题，支持有限次数的全同态加密计算。

当前提出的基于SHE以及FV方案的道路距离计算方案在计算距离时是通过按位加密的方式进行比较和计算，运算的效率大打折扣，无法适应实际使用时大流量多并发的服务计算需求。

发明内容

基于上述存在的问题，本发明使用了一种拼车用户端与司机端最短距离的比较方法、装置及存储介质，用以解决现有的计算时间复杂度高的问题。

一方面，本发明提出了一种拼车用户端与司机端最短距离的比较方法，包括：

调度服务器获取距离相近的至少两个拼车用户端在道路网络中的用户加密位置信息，计算出所述用户加密位置信息的质心以及所属区域；

调度服务器据质心所属区域通知距离质心预设范围内的m个候选司机端上传司机加密位置信息，所述司机加密位置信息为整数；

调度服务器分别计算m个司机加密位置信息和所述用户加密位置的质心的距离，所述距离为l位整数；随机生成m个l位整数，并分别使用m个随机生成的l位整数对所述距离进行盲化加密后，发送给用于计算的代理服务器；

代理服务器解密后执行NTT运算求得多项式的系数得到盲化的距离dist′，将盲化的距离dist′两两做差得到一组差值(df₀,…,df_m′-1)，其中

分别按位加密，并发送给调度服务器；

调度服务器将所述随机生成的m个l位整数两两做差得到一组差值(rf₀,…,rf_m′-1)，根据预设的数值比较方法，分别比较这两组差值，将比较结果的密文a_p[0]发送给代理服务器；

代理服务器将比较结果解密为{a_k[0]}_0≤k＜m′发送给调度服务器；

代理服务器和调度服务器协作计算，根据比较结果{a_k[0]}_0≤k＜m′将两组差值的前m′位替换为司机加密位置信息和所述用户加密位置的质心距离的较小值；

代理服务器和调度服务器协作计算，将m设置为m′重新计算，如此循环直至m＝1，获取找到最近距离的司机在原集合中的索引值Ind(r_m)，即为m个候选司机中与所述用户加密位置的质心距离最近的司机d^*。

所述的方法中，所述调度服务器获取至少两个拼车用户端在道路网络中的用户加密位置信息，计算出所述用户加密位置信息的质心以及所属区域，具体为：

每个拼车用户端u_i∈u，其上车位置为

每个拼车用户端u_i加密位置信息得到

每个拼车用户端分别计算其在道路网络中的区域Z_ui；

拼车用户端发送共享请求R_ui＝(l_ui,z_ui)至调度服务器；

调度服务器基于

确定拼车用户端的所述用户加密位置信息的质心的所属区域Z_u。

所述的方法中，所述调度服务器根据质心所属区域通知预设距离质心预设范围内的m个候选司机端上传司机加密位置信息，所述司机加密位置信息为整数；调度服务器分别计算m个司机加密位置信息和所述用户加密位置的质心的距离，所述距离为l位整数；随机生成m个l位整数，并分别使用m个随机生成的l位整数对所述距离进行盲化加密后，发送给用于计算的代理服务器，具体为：

所述预设距离范围内的m个候选司机端为，位于区域Z_u及与区域Z_u相邻的区域内的司机端；

调度服务器通知所述预设距离范围内的m个候选司机端上传司机加密位置信息；

调度服务器将所有候选司机端的位置信息加密，得到集合D^*；

调度服务器为每个候选司机端分配不同的随机置换索引j∈[0,m)，并通知集合D^*中所有候选司机端以加密形式上传司机加密位置信息；

调度服务器对索引为j的候选司机端d_j将其位置l_dj放入第j个系数中，以获得两个多项式

和

候选司机端d_j对这两个多项式进行逆变换并分别加密，表示为

然后将l_dj发送给调度服务器；

调度服务器计算所述用户加密位置的质心到所有司机加密位置信息的加密欧几里得平方距离，表示为：

调度服务器对所述用户加密位置的质心到所有司机加密位置信息的加密欧几里得平方距离进行盲化处理，选择m个均匀分布的随机l-1位整数r＝r₀,r₁，…，r_m-1，m初始为|D^*|，执行逆NTT运算并与

同态加计算出盲密文，具体为：

调度服务器向代理服务器发送一个打包的密文dist′_p。

所述的方法中，代理服务器解密后执行NTT运算求得多项式的系数得到盲化的距离dist′，将盲化的距离dist′两两做差得到一组差值(df₀,…,df_m′-1)，其中

分别按位加密，并发送给调度服务器，包括：

代理服务器接收到打包的密文dist′_p，用代理服务器和调度服务器提前约定好的私钥sk解密，并执行一个NTT运算以恢复成如下的多项式：

代理服务器获得盲化后的所有司机端的司机加密位置信息和用户加密位置信息的质心距离的集合dist′，即上述多项式的系数，具体如下，其中|D^*|＝m：

代理服务器对于dist′中的m个距离两两做差，得到距离差的集合(df₀,df₁,…,df_m′-1)，具体如下：

df₀＝dist′₀-dist′₁

df₁＝dist′₂-dist′₃

……

df_m′-1＝dist′_2m′-2-dist′_2m′-1

代理服务器将集合(df₀,df₁,…,df_m′-1)中的每一项分别作为x^k的系数，其中k＝(0,1,…,m′-1)，针对累加得到的多项式进行逆NTT变换和按位加密，其中i＝1,2,…,l-1，具体如下：

代理服务器将{df_p[i]}_0≤i＜l发送给调度服务器。

所述的方法中，调度服务器将随机生成的m个l位整数两两做差得到一组差值(rf₀,…,rf_m′-1)，根据预设的数值比较方法，分别比较这两组差值，将比较结果的密文a_p[0]发送给代理服务器，包括：

调度服务器将m个均匀分布的随机l-1位整数(r＝r₀,r₁，…，r_m-1)两两做差，得到集合(rf₀,…,rf_m′-1)，具体如下：

(rf₀,…,rf_m′-1)＝(r₀-r₁,…,r_2m′-2-r_2m′-1)；

调度服务器将集合(rf₀,…,rf_m′-1)中的每一项分别作为x^k的系数，其中k＝(0,1,…,m′-1)，针对累加得到的多项式进行逆NTT变换，其中i＝1,2,…,l-1，具体如下：

调度服务器将多项式x^k累加后进行逆NTT变换，保存为o_p，具体如下：

当i＝1,2,…,l-1，调度服务器分别按位比较df_p[i]和rf_p[i]的大小，具体计算方法如下：

当i＝l-1时，调度服务器对o_p和rf_p[i]做差，将得到的差与df_p[i]进行同态乘，得到的结果即为a_p[i]，然后对o_p和df_p[i]进行同态减，将得到的差与rf_p[i]进行同态乘，得到的结果即为b_p[i]，具体如下：

a_p[i]＝df_p[i])(o_p-rf_p[i])；

b_p[i]＝rf_p[i])(o_p'df_p[i])；

当i＜l-1时，调度服务器同态加减和同态乘法获得a_p[i]和b_p[i]，递归地得到a_p[0]和b_p[0]，具体如下：

a_p[i]＝(o_p'b_p[i+1]))(a_p[i+1]((o_p'a_p[i+1]))df_p[i])(o_p-rf_p[i]))；

b_p[i]＝(o_p'a_p[i+1]))(b_p[i+1]((o_p'b_p[i+1]))rrf_p[i])(o_p-df_p[i]))；

调度服务器将包含比较结果密文的a_p[0]发送给代理服务器。

所述的方法中，代理服务器将比较结果解密为{a_k[0]}_0≤k＜m′发送给调度服务器，包括：

代理服务器使用私钥sk将a_p[0]解密后进行NTT变换得到a_k[0]x^k的多项式，具体如下：

代理服务器将多项式的系数{a_k[0]}_0≤k＜m′发送给调度服务器。

所述的方法中，代理服务器和调度服务器协作计算，根据比较结果{a_k[0]}_0≤k＜m′将两组差值的前m′位替换为司机与乘客组质心距离的较小值，包括：

代理服务器和调度服务器共同计算，根据比较结果{a_k[0]}_0≤k＜m′对dist_k′和r_k重新赋值，将距离较小的值赋给前m′项，具体如下：

代理服务器和调度服务器共同计算，对于k＝0,1,…,m′-1，如果a_k[0]＝1表明dist_2k-1＞dist_2k-2，则令dist′_k＝dist′_2k-2，r_i＝r_2k-2，否则表明dist_2k-1＜dist_2k-2，则令dist′_k＝dist′_2k-1，r_i＝r_2k-1；

所述的方法中，代理服务器和调度服务器协作计算，将m设置为m′重新计算，如此循环直至m＝1，获取司机端的索引值Ind(r_m)，即为m个候选司机端中与所述用户加密位置信息的质心距离最近的司机d^*，包括：

代理服务器和调度服务器共同计算，重置m的值，如果m为奇数则m＝m′-1否则令dist′_m′-1＝dist′_m-1,r_m′-1＝r_m-1,m＝m′，重新计算{a_k[0]}_0≤k＜m′，直至m＝1，根据最终得到的r_m-1即r₀在原集合(r₀,r₁,…r_m-1)中的索引Ind(r_m-1)，找到与所述用户加密位置的质心距离最近的司机d^*。

另一方面，本发明还提出一种拼车用户端与司机端最短距离的比较装置，包括存储器及处理器；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于在执行所述存储器存储的计算机程序时，实现如上所述的方法。

再一方面，本发明提出一种存储介质，所述存储介质存储有实现如上所述的拼车用户端与司机端最短距离的比较方法的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行，实现如上述所述的拼车用户端与司机端最短距离的比较方法的各步骤。

与现有技术相比，本发明提供了一种拼车用户端与司机端最短距离的比较方法、装置及存储介质，解决目前缺少在道路距离计算中基于加密方案的计算和通信效率低的问题，将算法复杂度由O(V²)下降到

在基于用户隐私安全的基础上，保证了在明文数据量大的情形下的计算与通信效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种拼车用户端与司机端最短距离的比较方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种拼车用户端与司机端最短距离的比较装置结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，下面结合附图，对本发明实施例提供的一种拼车用户端与司机端最短距离的比较方法、装置及存储介质的具体实施方式进行详细地说明。

一方面，本发明提出了一种拼车用户端与司机端最短距离的比较方法实施例，如图1所示，包括：

S101：调度服务器获取距离相近的至少两个拼车用户端在道路网络中的用户加密位置信息，计算出所述用户加密位置信息的质心以及所属区域；

S102：调度服务器根据质心所属区域，通知距离质心预设范围内的m个候选司机端上传司机加密位置信息，所述司机加密位置信息为整数；

S103：调度服务器分别计算m个司机加密位置信息和所述用户加密位置的质心的距离，所述距离为l位整数；随机生成m个l位整数，并分别使用m个随机生成的l位整数对所述距离进行盲化加密后，发送给用于计算的代理服务器；

S104：代理服务器解密后执行NTT运算求得多项式的系数得到盲化的距离dist′，将盲化的距离dist′两两做差得到一组差值(df₀,…,df_m′-1)，其中

分别按位加密，并发送给调度服务器；

S105：调度服务器将所述随机生成的m个l位整数两两做差得到一组差值(rf₀,…,rf_m′-1)，根据预设的数值比较方法，分别比较这两组差值，将比较结果的密文a_p[0]发送给代理服务器；

S106：代理服务器将比较结果解密为{a_k[0]}_0≤k＜m′发送给调度服务器；

S107：代理服务器和调度服务器协作计算，根据比较结果{a_k[0]}_0≤k＜m′将两组差值的前m′位替换为司机加密位置信息和所述用户加密位置的质心距离的较小值；

S108：代理服务器和调度服务器协作计算，将m设置为m′重新计算，如此循环直至m＝1，获取找到最近距离的司机在原集合中的索引值Ind(r_m)，即为m个候选司机中与所述用户加密位置的质心距离最近的司机d^*。

所述的方法中，所述调度服务器获取至少两个拼车用户端在道路网络中的用户加密位置信息，计算出所述用户加密位置信息的质心以及所属区域，具体为：

每个拼车用户端u_i∈u，其上车位置为

每个拼车用户端u_i加密位置信息得到

每个拼车用户端分别计算其在道路网络中的区域Z_ui；

拼车用户端发送共享请求R_ui＝(l_ui,z_ui)至调度服务器；

调度服务器基于

确定拼车用户端的所述用户加密位置信息的质心的所属区域Z_u。

所述的方法中，所述调度服务器根据质心所属区域通知预设距离质心预设范围内的m个候选司机端上传司机加密位置信息，所述司机加密位置信息为整数；调度服务器分别计算m个司机加密位置信息和所述用户加密位置的质心的距离，所述距离为l位整数；随机生成m个l位整数，并分别使用m个随机生成的l位整数对所述距离进行盲化加密后，发送给用于计算的代理服务器，具体为：

所述预设距离范围内的m个候选司机端为，位于区域Z_u及与区域Z_u相邻的区域内的司机端；

调度服务器通知所述预设距离范围内的m个候选司机端上传司机加密位置信息；

调度服务器将所有候选司机端的位置信息加密，得到集合D^*；

调度服务器为每个候选司机端分配不同的随机置换索引j∈[0,m)，并通知集合D^*中所有候选司机端以加密形式上传司机加密位置信息；

调度服务器对索引为j的候选司机端d_j将其位置l_dj放入第j个系数中，以获得两个多项式

和

候选司机端d_j对这两个多项式进行逆变换并分别加密，表示为

然后将l_dj发送给调度服务器；

调度服务器计算所述用户加密位置的质心到所有司机加密位置信息的加密欧几里得平方距离，表示为：

调度服务器对所述用户加密位置的质心到所有司机加密位置信息的加密欧几里得平方距离进行盲化处理，选择m个均匀分布的随机l-1位整数r＝r₀,r₁，…，r_m-1，m初始为|D^*|，执行逆NTT运算并与

同态加计算出盲密文，具体为：

调度服务器向代理服务器发送一个打包的密文dist′_p。

所述的方法中，代理服务器解密后执行NTT运算求得多项式的系数得到盲化的距离dist′，将盲化的距离dist′两两做差得到一组差值(df₀,…,df_m′-1)，其中

分别按位加密，并发送给调度服务器，包括：

代理服务器接收到打包的密文dist′_p，用代理服务器和调度服务器提前约定好的私钥sk解密，并执行一个NTT运算以恢复成如下的多项式：

代理服务器获得盲化后的所有司机端的司机加密位置信息和用户加密位置信息的质心距离的集合dist′，即上述多项式的系数，具体如下，其中|D^*|＝m：

代理服务器对于dist′中的m个距离两两做差，得到距离差的集合(df₀,df₁,…,df_m′-1)，具体如下：

df₀＝dist′₀-dist′₁

df₁＝dist′₂-dist′₃

……

df_m′-1＝dist′_2m′-2-dist′_2m′-1

代理服务器将集合(df₀,df₁,…,df_m′-1)中的每一项分别作为x^k的系数，其中k＝(0,1,…,m′-1)，针对累加得到的多项式进行逆NTT变换和按位加密，其中i＝1,2,…,l-1，具体如下：

代理服务器将{df_p[i]}_0≤i＜l发送给调度服务器。

所述的方法中，调度服务器将随机生成的m个l位整数两两做差得到一组差值(rf₀,…,rf_m′-1)，根据预设的数值比较方法，分别比较这两组差值，将比较结果的密文a_p[0]发送给代理服务器，包括：

调度服务器将m个均匀分布的随机l-1位整数(r＝r₀,r₁，…，r_m-1)两两做差，得到集合(rf₀,…,rf_m′-1)，具体如下：

(rf₀,…,rf_m′-1)＝(r₀-r₁,…,r_2m′-2-r_2m′-1)；

调度服务器将集合(rf₀,…,rf_m′-1)中的每一项分别作为x^k的系数，其中k＝(0,1,…,m′-1)，针对累加得到的多项式进行逆NTT变换，其中i＝1,2,…,l-1，具体如下：

调度服务器将多项式x^k累加后进行逆NTT变换，保存为o_p，具体如下：

本方案中应用了一种安全比较两个整数大小的方法，数据拥有者双方可以在不泄露各自信息的前提下合作计算比较两个l位整数x和y的大小，具体为，假设数据拥有者双方分别拥有两个l位整数x和y。将两个l位整数x和y分别分解成x[l-1]x[l-2]……x[0]和y[l-1]y[l-2]……y[0]的二进制表示；对于i-l-1，l-2，…0，一次计算a[i]和b[i]，包括，如果i＝l-1，则a[i]＝x[i]*(1-y[i])，b[i]＝y[i]*(1-x[i])；如果i<l-1，则a[i]＝(1-b[i+1])*(a[i+1]+(1-a[i+1])*x[i]*(1-y[i]))，b[i]＝(1-a[i+1])*(b[i+1]+(1-b[i+1])*y[i]*(1-x[i]))；若a[0]＝1，则x大于y；若b[0]＝1，则x小于y；

调度服务器使用以上的比较方法，当i＝1,2,…,l-1，调度服务器分别按位比较df_p[i]和rf_p[i]的大小，具体计算方法如下：

当i＝l-1时，调度服务器对o_p和rf_p[i]做差，将得到的差与df_p[i]进行同态乘，得到的结果即为a_p[i]，然后对o_p和df_p[i]进行同态减，将得到的差与rf_p[i]进行同态乘，得到的结果即为b_p[i]，具体如下：

a_p[i]＝df_p[i])(o_p-rf_p[i])；

b_p[i]＝rf_p[i])(o_p'df_p[i])；

当i＜l-1时，调度服务器同态加减和同态乘法获得a_p[i]和b_p[i]，递归地得到a_p[0]和b_p[0]，具体如下：

a_p[i]＝(o_p'b_p[i+1]))(a_p[i+1]((o_p'a_p[i+1]))df_p[i])(o_p-rf_p[i]))；

b_p[i]＝(o_p'a_p[i+1]))(b_p[i+1]((o_p'b_p[i+1]))rrf_p[i])(o_p-df_p[i]))；

调度服务器将包含比较结果密文的a_p[0]发送给代理服务器。

所述的方法中，代理服务器将比较结果解密为{a_k[0]}_0≤k＜m′发送给调度服务器，包括：

代理服务器使用私钥sk将a_p[0]解密后进行NTT变换得到a_k[0]x^k的多项式，具体如下：

代理服务器将多项式的系数{a_k[0]}_0≤k＜m′发送给调度服务器。

所述的方法中，代理服务器和调度服务器协作计算，根据比较结果{a_k[0]}_0≤k＜m′将两组差值的前m′位替换为司机与乘客组质心距离的较小值，包括：

代理服务器和调度服务器共同计算，根据比较结果{a_k[0]}_0≤k＜m′对dist_k′和r_k重新赋值，将距离较小的值赋给前m′项，具体如下：

代理服务器和调度服务器共同计算，对于k＝0,1,…,m′-1，如果a_k[0]＝1表明dist_2k-1＞dist_2k-2，则令dist′_k＝dist′_2k-2，r_i＝r_2k-2，否则表明dist_2k-1＜dist_2k-2，则令dist′_k＝dist′_2k-1，r_i＝r_2k-1；

所述的方法中，代理服务器和调度服务器协作计算，将m设置为m′重新计算，如此循环直至m＝1，获取司机端的索引值Ind(r_m)，即为m个候选司机端中与所述用户加密位置信息的质心距离最近的司机d^*，包括：

代理服务器和调度服务器共同计算，重置m的值，如果m为奇数则m＝m′-1，否则令dist′_m′-1＝dist′_m-1,r_m′-1＝r_m-1,m＝m′，重新计算{a_k[0]}_0≤k＜m′，直至m＝1，根据最终得到的r_m-1即r₀在原集合(r₀,r₁,…r_m-1)中的索引Ind(r_m-1)，找到与所述用户加密位置的质心距离最近的司机d^*。

本发明提供另一种拼车用户端与司机端最短距离的比较方法实施例，包括：

调度服务器获取距离相近的至少两个拼车用户端在道路网络中的用户加密位置信息，计算出所述用户加密位置信息的质心以及所属区域；

在道路网络中，对于同一个拼车组内的每个乘客u_i∈u，其上车位置为

乘客u_i加密他的上车位置得到

乘客计算其在道路网络中的区域Z_ui；

乘客发送共享请求Rui＝(lui,zui)至调度服务器；

所述调度服务器根据质心所属区域通知预设距离质心预设范围内的m个候选司机端上传司机加密位置信息，所述司机加密位置信息为整数；调度服务器分别计算m个司机加密位置信息和所述用户加密位置的质心的距离，所述距离为l位整数；随机生成m个l位整数，并分别使用m个随机生成的l位整数对所述距离进行盲化加密后，发送给用于计算的代理服务器，

调度服务器根据质心所属区域，通知距离质心预设范围内的m个候选司机端上传司机加密位置信息，所述司机加密位置信息为整数；

调度服务器基于

确定质心的区域Z_u，位于区域Z_u及其相邻区域的司机被认为是候选驾驶员即候选司机端；

调度服务器将所有候选司机形成集合D^*；

调度服务器为每个候选司机分配不同的随机置换索引j∈[0,m)，并要求D^*中所有候选司机以加密形式上传其当前位置；

调度服务器对索引为j的候选司机d_j将其位置ldj放入第j个系数中，以获得两个多项式

和

司机对这两个多项式进行逆变换并分别加密，表示为

然后将ldj发送给调度服务器；

调度服务器计算从乘客组位置质心到所有候选司机的加密欧几里得平方距离，表示为：

调度服务器选择m(m初始为|D^*|)位均匀分布的随机l-1位整数r＝r₀,r₁，…，r_m-1，然后执行一个逆NTT运算并与

同态加计算出盲密文，具体为：

调度服务器向代理发送一个打包的密文dist′_p；

代理服务器解密后执行NTT运算求得多项式的系数得到盲化的距离dist′，将盲化的距离dist′两两做差得到一组差值(df₀,…,df_m′-1)，其中

分别按位加密，并发送给调度服务器：

代理接收到打包的密文dist′_p，用私钥sk解密，并执行一个NTT运算以恢复成如下的多项式：

代理获得盲化后的所有司机和拼车乘客组质心距离的集合dist′，即上述多项式的系数，具体如下，其中|D^*|＝m：

代理对于dist′中的m个距离两两做差，得到距离差的集合(df₀,df₁,…,df_m′-1)，具体如下：

代理将集合(df₀,df₁,…,df_m′-1)中的每一项分别作为x^k的系数，其中k＝(0,1,…,m′-1)，针对累加得到的多项式进行逆NTT变换和按位加密，其中i＝1,2,…,l-1，具体如下：

代理将{df_p[i]}_0≤i＜l发送给调度服务器；

调度服务器将随机生成的m个l位整数两两做差得到一组差值(rf₀,…,rf_m′-1)，根据预设的数值比较方法，分别比较这两组差值，将比较结果的密文a_p[0]发送给代理服务器：

调度服务器将随机选择的m位均匀分布的随机l-1位整数(r＝r₀,r₁，…，r_m-1)两两做差，得到集合(rf₀,…,rf_m′-1)，具体如下：

(rf₀,…,rf_m′-1)＝(r₀-r₁,…,r_2m′-2-r_2m′-1)；

调度服务器代理将集合(rf₀,…,rf_m′-1)中的每一项分别作为x^k的系数，其中k＝(0,1,…,m′-1)，针对累加得到的多项式进行逆NTT变换，其中i＝1,2,…,l-1，具体如下：

调度服务器将多项式x^k累加后进行逆NTT变换，保存为o_p，具体如下：

调度服务器本发明中提出的一种安全私密地比较两个整数大小的方法，对于i＝1,2,…,l-1，分别按位比较df_p[i]和rf_p[i]的大小，具体计算方法如下：

当i＝l-1时，调度服务器对o_p和rf_p[i]做差，将得到的差与df_p[i]进行同态乘，得到的结果即为a_p[i]，然后对o_p和df_p[i]进行同态减，将得到的差与rf_p[i]进行同态乘，得到的结果即为b_p[i]，具体如下：

a_p[i]＝df_p[i])(o_p-rf_p[i])；

b_p[i]＝rf_p[i])(o_p'df_p[i])；

当i＜l-1时，调度服务器同样通过几次同态加减和同态乘法获得a_p[i]和b_p[i]，递归地得到a_p[0]和b_p[0]，具体如下：

a_p[i]＝(o_p'b_p[i+1]))(a_p[i+1]((o_p'a_p[i+1]))df_p[i])(o_p-rf_p[i]))；

b_p[i]＝(o_p'a_p[i+1]))(b_p[i+1]((o_p'b_p[i+1]))rrf_p[i])(o_p-df_p[i]))；

调度服务器将包含比较结果密文的a_p[0]发送给代理；

代理服务器将比较结果解密为{a_k[0]}_0≤k＜m′发送给调度服务器；

代理使用秘钥sk将a_p[0]解密后进行NTT变换得到a_k[0]x^k的多项式，具体如下：

代理将多项式的系数{a_k[0]}_0≤k＜m′发送给调度服务器；

代理服务器和调度服务器协作计算，根据比较结果{a_k[0]}_0≤k＜m′将两组差值的前m′位替换为司机与乘客组质心距离的较小值：

代理和调度服务器共同计算，根据比较结果{a_k[0]}_0≤k＜m′对dist_k′和r_k重新赋值，将距离较小的值赋给前m′项，具体如下：

代理和调度服务器共同计算，对于k＝0,1,…,m′-1，如果a_k[0]＝1表明dist_2k-1＞dist_2k-2，则令dist′_k＝dist′_2k-2，r_i＝r_2k-2，否则表明dist_2k-1＜dist_2k-2，则令dist′_k＝dist′_2k-1，r_i＝r_2k-1；

代理服务器和调度服务器协作计算，将m设置为m′重新计算，如此循环直至m＝1，获取司机端的索引值Ind(r_m)，即为m个候选司机端中与所述用户加密位置信息的质心距离最近的司机d^*：

代理和调度服务器共同计算，重置m的值，如果m为奇数则m＝m′-1，否则令dist′_m′-1＝dist′_m-1,r_m′-1＝r_m-1,m＝m′，然后重复S203至S205的操作，直至m＝1；

根据最终得到的r_m-1即r₀在原集合(r₀,r₁,…r_m-1)中的索引Ind(r_m-1)，找到在道路网络中距离拼车乘客组质心最近的司机d^*。

另一方面，本发明还提出一种拼车用户端与司机端最短距离的比较装置，如图2所示，包括存储器201及处理器202；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于在执行所述存储器存储的计算机程序时，实现如上所述的方法。

再一方面，本发明提出一种存储介质，所述存储介质存储有实现如上所述的拼车用户端与司机端最短距离的比较方法的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行，实现如上述所述的拼车用户端与司机端最短距离的比较方法的各步骤。

与现有技术相比，本发明提供了一种拼车用户端与司机端最短距离的比较方法、装置及存储介质，解决目前缺少在道路距离计算中基于加密方案的计算和通信效率低的问题，将算法复杂度由O(V²)下降到

在基于用户隐私安全的基础上，保证了在明文数据量大的情形下的计算与通信效率。

Claims (10)

1.一种拼车用户端与司机端最短距离的比较方法，其特征在于，包括：

调度服务器获取距离相近的至少两个拼车用户端在道路网络中的用户加密位置信息，计算出所述用户加密位置信息的质心以及所属区域；

调度服务器根据质心所属区域，通知距离质心预设范围内的m个候选司机端上传司机加密位置信息，所述司机加密位置信息为整数；

调度服务器分别计算m个司机加密位置信息和所述用户加密位置的质心的距离，所述距离为l位整数；随机生成m个l位整数，并分别使用m个随机生成的l位整数对所述距离进行盲化加密后，发送给用于计算的代理服务器；

代理服务器解密后执行NTT运算求得多项式的系数得到盲化的距离dist′，将盲化的距离dist′两两做差得到一组差值(df₀,…,df_m′-1)，其中

分别按位加密，并发送给调度服务器；

调度服务器将所述随机生成的m个l位整数两两做差得到一组差值(rf₀,…,rf_m′-1)，根据预设的数值比较方法，分别比较这两组差值，将比较结果的密文a_p[0]发送给代理服务器；

代理服务器将比较结果解密为{a_k[0]}_0≤k＜m′发送给调度服务器；

代理服务器和调度服务器协作计算，根据比较结果{a_k[0]}_0≤k＜m′将两组差值的前m′位替换为司机加密位置信息和所述用户加密位置的质心距离的较小值；

代理服务器和调度服务器协作计算，将m设置为m′重新计算，如此循环直至m＝1，获取找到最近距离的司机在原集合中的索引值Ind(r_m)，即为m个候选司机中与所述用户加密位置的质心距离最近的司机d^*。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调度服务器获取至少两个拼车用户端在道路网络中的用户加密位置信息，计算出所述用户加密位置信息的质心以及所属区域，具体为：

每个拼车用户端u_i∈u，其上车位置为

每个拼车用户端u_i加密位置信息得到

每个拼车用户端分别计算其在道路网络中的区域Z_ui；

拼车用户端发送共享请求R_ui＝(l_ui,z_ui)至调度服务器；

调度服务器基于

确定拼车用户端的所述用户加密位置信息的质心的所属区域Z_u。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调度服务器根据质心所属区域通知预设距离质心预设范围内的m个候选司机端上传司机加密位置信息，所述司机加密位置信息为整数；调度服务器分别计算m个司机加密位置信息和所述用户加密位置的质心的距离，所述距离为l位整数；随机生成m个l位整数，并分别使用m个随机生成的l位整数对所述距离进行盲化加密后，发送给用于计算的代理服务器，具体为：

所述预设距离范围内的m个候选司机端为，位于区域Z_u及与区域Z_u相邻的区域内的司机端；

调度服务器通知所述预设距离范围内的m个候选司机端上传司机加密位置信息；

调度服务器将所有候选司机端的位置信息加密，得到集合D^*；

调度服务器为每个候选司机端分配不同的随机置换索引j∈[0,m)，并通知集合D^*中所有候选司机端以加密形式上传司机加密位置信息；

调度服务器对索引为j的候选司机端d_j将其位置l_dj放入第j个系数中，以获得两个多项式

和

候选司机端d_j对这两个多项式进行逆变换并分别加密，表示为

然后将l_dj发送给调度服务器；

调度服务器计算所述用户加密位置的质心到所有司机加密位置信息的加密欧几里得平方距离，表示为：

调度服务器对所述用户加密位置的质心到所有司机加密位置信息的加密欧几里得平方距离进行盲化处理，选择m个均匀分布的随机l-1位整数r＝r₀,r₁，…，r_m-1，m初始为|D^*|，执行逆NTT运算并与

同态加计算出盲密文，具体为：

调度服务器向代理服务器发送一个打包的密文dist′_p。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，代理服务器解密后执行NTT运算求得多项式的系数得到盲化的距离dist′，将盲化的距离dist′两两做差得到一组差值(df₀,…,df_m′-1)，其中

分别按位加密，并发送给调度服务器，包括：

代理服务器接收到打包的密文dist′_p，用代理服务器和调度服务器提前约定好的私钥sk解密，并执行一个NTT运算以恢复成如下的多项式：

代理服务器获得盲化后的所有司机端的司机加密位置信息和用户加密位置信息的质心距离的集合dist′，即上述多项式的系数，具体如下，其中|D^*|＝m：

代理服务器对于dist′中的m个距离两两做差，得到距离差的集合(df₀,df₁,…,df_m′-1)，具体如下：

代理服务器将集合(df₀,df₁,…,df_m′-1)中的每一项分别作为x^k的系数，其中k＝(0,1,…,m′-1)，针对累加得到的多项式进行逆NTT变换和按位加密，其中i＝1,2,…,l-1，具体如下：

代理服务器将{df_p[i]}_0≤i＜l发送给调度服务器。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，调度服务器将随机生成的m个l位整数两两做差得到一组差值(rf₀,…,rf_m′-1)，根据预设的数值比较方法，分别比较这两组差值，将比较结果的密文a_p[0]发送给代理服务器，包括：

调度服务器将m个均匀分布的随机l-1位整数(r＝r₀,r₁，…，r_m-1)两两做差，得到集合(rf₀,…,rf_m′-1)，具体如下：

(rf₀,…,rf_m′-1)＝(r₀-r₁,…,r_2m′-2-r_2m′-1)；

调度服务器将集合(rf₀,…,rf_m′-1)中的每一项分别作为x^k的系数，其中k＝(0,1,…,m′-1)，针对累加得到的多项式进行逆NTT变换，其中i＝1,2,…,l-1，具体如下：

调度服务器将多项式x^k累加后进行逆NTT变换，保存为o_p，具体如下：

当i＝1,2,…,l-1，调度服务器分别按位比较df_p[i]和rf_p[i]的大小，具体计算方法如下：

当i＝l-1时，调度服务器对o_p和rf_p[i]做差，将得到的差与df_p[i]进行同态乘，得到的结果即为a_p[i]，然后对o_p和df_p[i]进行同态减，将得到的差与rf_p[i]进行同态乘，得到的结果即为b_p[i]，具体如下：

当i＜l-1时，调度服务器同态加减和同态乘法获得a_p[i]和b_p[i]，递归地得到a_p[0]和b_p[0]，具体如下：

调度服务器将包含比较结果密文的a_p[0]发送给代理服务器。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，代理服务器将比较结果解密为{a_k[0]}_0≤k＜m′发送给调度服务器，包括：

代理服务器使用私钥sk将a_p[0]解密后进行NTT变换得到a_k[0]x^k的多项式，具体如下：

代理服务器将多项式的系数{a_k[0]}_0≤k＜m′发送给调度服务器。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，代理服务器和调度服务器协作计算，根据比较结果{a_k[0]}_0≤k＜m′将两组差值的前m′位替换为司机与乘客组质心距离的较小值，包括：

代理服务器和调度服务器共同计算，根据比较结果{a_k[0]}_0≤k＜m′对dist_k′和r_k重新赋值，将距离较小的值赋给前m′项，具体如下：

代理服务器和调度服务器共同计算，对于k＝0,1,…,m′-1，如果a_k[0]＝1表明dist_2k-1＞dist_2k-2，则令dist′_k＝dist′_2k-2，r_i＝r_2k-2，否则表明dist_2k-1＜dist_2k-2，则令dist′_k＝dist′_2k-1，r_i＝r_2k-1。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，代理服务器和调度服务器协作计算，将m设置为m′重新计算，如此循环直至m＝1，获取司机端的索引值Ind(r_m)，即为m个候选司机端中与所述用户加密位置信息的质心距离最近的司机d^*，包括：

代理服务器和调度服务器共同计算，重置m的值，如果m为奇数则m＝m′-1，否则令dist′_m′-1＝dist′_m-1,r_m′-1＝r_m-1,m＝m′，重新计算{a_k[0]}_0≤k＜m′，直至m＝1，根据最终得到的r_m-1即r₀在原集合(r₀,r₁,…r_m-1)中的索引Ind(r_m-1)，找到与所述用户加密位置的质心距离最近的司机d^*。

9.一种拼车用户端与司机端最短距离的比较装置，其特征在于，包括存储器及处理器；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于在执行所述存储器存储的计算机程序时，实现如权利要求1-8任一项所述的方法。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有实现如权利要求1-8任一项所述的拼车用户端与司机端最短距离的比较方法的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行，实现如上述权要求1-8任一项所述的拼车用户端与司机端最短距离的比较方法的各步骤。

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