CN114385673A - 一种基于隐私保护集合求交的三要素查询方法 - Google Patents

一种基于隐私保护集合求交的三要素查询方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于数据安全技术领域,具体涉及一种基于隐私保护集合求交的三要素查询方法,该方法包括:获取系统参数;判断系统的模式,若系统处于在线模式,则执行在线模式的三要素查询方法;若系统处于离线模式,则执行离线模式的三要素查询方法;本发明采用基于隐私保护集合求交的方法进行三要素查询,使得服务端不管是否检索出到了用户端查询的具体信息,均无法知道客户端的检索内容,保护了客户端的隐私。

Description

一种基于隐私保护集合求交的三要素查询方法
技术领域
本发明属于数据安全技术领域,具体涉及一种基于隐私保护集合求交的三要素查询方法。
背景技术
在风控场景中,姓名、身份证号以及手机号是用于检验其用户真实身份的三要素;在实际应用场景中,服务端拥有此类数据,而客户端将需要检索的三要素发送给服务端;服务端即可验证需要检索的姓名、身份证号、手机号是否是正确的。首先,客户端若将三要素的明文直接发给服务端,查询数据是容易泄露的,服务端可以获得并记录客户端的查询数据。因此,现有的三要素检索方法逐步在朝着隐私保护的三要素检索靠拢,即服务端不知道客户端的具体查询信息。但是,现有的隐私保护三要素查询方法在通信量与计算复杂度两方面效率低。同时,在现有的隐私保护三要素查询方法中,若是服务端检索到了客户端的数据,服务端是能够知道客户端的查询数据的。因此,现有的隐私保护三要素查询方法对于用户数据的保护是不够完全的。
而隐私保护集合求交(Private Set Intersection,PSI)计算属于安全多方计算领域的特定应用问题,不仅具有重要的理论意义也具有很强的应用价值。在PSI协议中允许客户端与服务端分别拥有各自的集合C与S。当PSI协议执行结束后,双方或只有客户端得到两方的交集C∩S,同时不泄露其他任何信息。因此,急需一种基于隐私保护集合求交的三要素查询方法,使得能够全方位的保护用户数据。
发明内容
为解决以上现有技术存在的问题,本发明提出了一种基于隐私保护集合求交的三要素查询方法,该方法包括:获取系统参数;判断系统的模式,若系统处于在线模式,则执行在线模式的三要素查询方法;若系统处于离线模式,则执行离线模式的三要素查询方法。
优选的,获取的系统参数包括系统公共参数pp,公共参数包括安全参数τ和κ;随机空间R={r∈zq|gr∈ε},其中,r表示随机数,zq表示阶数集合{1,…,q},ε为椭圆曲线点集,q为椭圆曲线基点g的阶;消息空间M={0,1}τ;掩码空间K≥{0,1}k;理想置换函数Π,Π-1:{0,1}τ→{0,1}τ
优选的,执行在线模式的三要素查询方法包括:服务端选择随机数a←R,根据选择的随机数计算m=msg(a),将计算得到的m发送给客户端,其中,R表示随机空间,m表示椭圆曲线基点ga的编码,msg表示将随机空间的数据转换为消息空间数据;客户端遍历[1,nc],选择随机数bi←R,并根据选择的随机数计算mi←msg(bi)和fi←Π(mi),其中,nc表示客户端数据集中的第nc个数据,fi表示
Figure BDA0003458354290000021
编码进行位置换,Π表示理想置换函数;根据得到的fi和客户端的数据集构建nc-1阶多项式P=interpol(si,fi),将多项式P发送给服务端,其中,interpol(si,fi)表示一条经过所有(si,fi)的最低阶曲线,si表示服务端数据集中的数据;服务端遍历[1,ns],计算ki=key(a,Π-1(P(si))),将所有的ki进行集合,得到
Figure BDA0003458354290000022
将K混淆后发送给客户端,其中,ns表示服务端数据集中的第nc个数据ki表示
Figure BDA0003458354290000023
的编码,key表示生成
Figure BDA0003458354290000024
编码的函数,a表示服务端选择的随机数,Π-1表示理想置换函数的逆函数,K表示掩码集合;客户端端遍历[1,nc],计算ei=key(bi,m),判断ei是否存在于K中,若存在,则对应的检索数据ci存在服务端的数据集S中,否则不在服务端的数据集S中,其中,ei表示客户端的掩码,bi表示客户端选择的随机数。
进一步的,客户端的数据集合为
Figure BDA0003458354290000025
服务端的数据集合为
Figure BDA0003458354290000026
其中,
Figure BDA0003458354290000027
表示客户端数据集合的中的数据,
Figure BDA0003458354290000028
表示服务端数据集合的中的数据。
优选的,执行离线模式的三要素查询方法包括:服务端遍历[1,ns],选择随机数bi←R,根据选择的随机数计算mi←msg(bi)和fi←Π(mi);根据计算得到的fi和服务端数据集构建ns-1阶多项式P=interpol(si,fi),其中函数msg:R→M;服务端将计算好的多项式P=interpol(si,fi)发送给客户端;客户端选择随机数a←R,根据选择的随机数a计算m=msg(a),将计算的结果m发送给服务端;客户端遍历[1,nc],计算ki=key(a,Π-1(P(ci))),对所有计算得到的ki进行集合,得到
Figure BDA0003458354290000031
服务端得到客户端的计算结果m后遍历[1,ns],并计算ei=key(bi,m),将所有的ei进行集合,得到
Figure BDA0003458354290000032
将E中的数据混淆顺序后发送给客户端;客户端判断ki是否存在于E中,若存在E中,则对应的检索数据ci存在于服务端的数据集S中,否则不存在服务端的数据集S中。
为实现上述目的,本发明还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现任一上述基于隐私保护集合求交的三要素查询方法。
为实现上述目的,本发明还提供一种基于隐私保护集合求交的三要素查询装置,包括处理器和存储器;所述存储器用于存储计算机程序;所述处理器与所述存储器相连,用于执行所述存储器存储的计算机程序,以使所述一种基于隐私保护集合求交的三要素查询装置执行任一上述基于隐私保护集合求交的三要素查询方法。
本发明的有益效果:
本发明设计了一种基于隐私保护集合求交的三要素查询方法,通过该方法服务在不需要知道客户数据的情况下查找到客户需要查询的数据,保证了客户的数据安全;其次本发明在进行数据查询过程中设计了一种离线系统查询方法和在线系统查询方法,使得用户能在不同的系统状态下对数据进行查询,简化了查询的复杂度,提高了查询的准确度以及查询的效率,给用户更好的体验。
附图说明
图1为本发明的隐私保护三要素检索方法整体流程图;
图2为本发明的离线模式的PSI协议输入示例;
图3为本发明的在线模式的PSI协议输入示例。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
一种基于隐私保护集合求交的三要素查询方法,如图1,该方法包括:获取系统参数;判断系统的模式,若系统处于在线模式,则执行在线模式的三要素查询方法;若系统处于离线模式,则执行离线模式的三要素查询方法。在进行三要素查询过程中,需要预准备隐私保护集合求交协议的输入;客户端与服务端将预准备的输入数据输入到系统中,执行隐私保护集合求交协议;客户端得到协议输出。在本发明中,不管服务端是否检索出了具体信息,均无法知道客户端的检索内容,进一步保护了客户端的隐私。
获取的系统参数包括系统公共参数pp,公共参数包括安全参数τ和κ;随机空间R={r∈zq|gr∈ε},其中,r表示随机数,zq表示阶数集合{1,…,q},ε为椭圆曲线点集,q为椭圆曲线基点g的阶;消息空间M={0,1}τ;掩码空间K≥{0,1}k;理想置换函数Π,Π-1:{0,1}τ→{0,1}τ。interpol(xi,yi)代表一条最低阶曲线经过所有的(xi,yi),构造方法如拉格朗日插值公式。
客户端准备自身集合
Figure BDA0003458354290000041
其中包括任意数量用户的姓名、身份证号、手机号码。服务端准备自身集合
Figure BDA0003458354290000042
例如c1,c2,c3是一位用户的姓名、身份证号、手机号码,但是最后客户端得到的结果为c1,c2,说明该用户的手机号码是有误的,并且服务端不知道客户端的查询数据C的具体信息。
如图3所示,执行在线模式的三要素查询方法包括:服务端选择随机数a←R,根据选择的随机数计算m=msg(a),将计算得到的m发送给客户端,其中,R表示随机空间,m表示椭圆曲线基点ga的编码,msg表示将随机空间的数据转换为消息空间数据;客户端遍历[1,nc],选择随机数bi←R,并根据选择的随机数计算mi←msg(bi)和fi←Π(mi),其中,nc表示客户端数据集中的第nc个数据,fi表示
Figure BDA0003458354290000055
编码进行位置换,Π表示理想置换函数;根据得到的fi和客户端的数据集构建nc-1阶多项式P=interpol(si,fi),将多项式P发送给服务端,其中,interpol(si,fi)表示一条经过所有(si,fi)的最低阶曲线,si表示服务端数据集中的数据;服务端遍历[1,ns],计算ki=key(a,Π-1(P(si))),将所有的ki进行集合,得到
Figure BDA0003458354290000051
将K混淆后发送给客户端,其中,ns表示服务端数据集中的第nc个数据,ki表示
Figure BDA0003458354290000052
的编码,key表示生成
Figure BDA0003458354290000053
编码的函数,a表示服务端选择的随机数,Π-1表示理想置换函数的逆函数,K表示掩码集合;客户端端遍历[1,nc],计算ei=key(bi,m),判断ei是否存在于K中,若存在,则对应的检索数据ci存在服务端的数据集S中,否则不在服务端的数据集S中,其中,ei表示客户端的掩码,bi表示客户端选择的随机数。
如图2所示,服务端可以提前计算部分中间结果,进一步提高双方执行协议时的性能。在离线模式下,服务端在PSI协议开始前事先遍历[1,ns],选择随机数bi←R,计算mi←msg(bi),fi←Π(mi)。然后得到过所有的点(si,fi)的ns-1阶多项式P=interpol(si,fi),其中函数msg:R→M。具体的,服务端遍历[1,ns],选择随机数bi←R,根据选择的随机数计算mi←msg(bi)和fi←Π(mi);根据计算得到的fi和服务端数据集构建ns-1阶多项式P=interpol(si,fi),其中函数msg:R→M;服务端将计算好的多项式P=interpol(si,fi)发送给客户端;客户端选择随机数a←R,根据选择的随机数a计算m=msg(a),将计算的结果m发送给服务端;客户端遍历[1,nc],计算ki=key(a,Π-1(P(ci))),对所有计算得到的ki进行集合,得到
Figure BDA0003458354290000054
服务端得到客户端的计算结果m后遍历[1,ns],并计算ei=key(bi,m),将所有的ei进行集合,得到
Figure BDA0003458354290000061
将E中的数据混淆顺序后发送给客户端;客户端判断ki是否存在于E中,若存在E中,则对应的检索数据ci存在于服务端的数据集S中,否则不存在服务端的数据集S中。
于本发明一实施例中,本发明还包括一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现上述任一所述基于隐私保护集合求交的三要素查询方法。
本领域普通技术人员可以理解:实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时,执行包括上述各方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
一种基于隐私保护集合求交的三要素查询装置,包括处理器和存储器;所述存储器用于存储计算机程序;所述处理器与所述存储器相连,用于执行所述存储器存储的计算机程序,以使所述一种基于隐私保护集合求交的三要素查询装置执行任一上述基于隐私保护集合求交的三要素查询方法。
具体地,所述存储器包括:ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
优选地,所述处理器可以是通用处理器,包括中央处理器(Central ProcessingUnit,简称CPU)、网络处理器(Network Processor,简称NP)等;还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor,简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit,简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
以上所举实施例,对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明,所应理解的是,以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于隐私保护集合求交的三要素查询方法,其特征在于,包括:获取系统参数;判断系统的模式,若系统处于在线模式,则执行在线模式的三要素查询方法;若系统处于离线模式,则执行离线模式的三要素查询方法。
2.根据权利要求1所述的一种基于隐私保护集合求交的三要素查询方法,其特征在于,获取的系统参数包括系统公共参数pp,公共参数包括安全参数τ和κ;随机空间R={r∈zq|gr∈ε},其中,r表示随机数,zq表示阶数集合{1,…,q},q表示椭圆曲线基点g的阶,ε表示椭圆曲线点集;消息空间M={0,1}τ;掩码空间K≥{0,1}k;理想置换函数Π,Π-1:{0,1}τ→{0,1}τ
3.根据权利要求1所述的一种基于隐私保护集合求交的三要素查询方法,其特征在于,执行在线模式的三要素查询方法包括:服务端选择随机数a←R,根据选择的随机数计算m=msg(a),将计算得到的m发送给客户端,其中,R表示随机空间,m表示椭圆曲线基点ga的编码,msg表示将随机空间的数据转换为消息空间数据;客户端遍历[1,nc],选择随机数bi←R,并根据选择的随机数计算mi←msg(bi)和fi←Π(mi),其中,nc表示客户端数据集中的第nc个数据,fi表示
Figure FDA0003458354280000011
编码进行位置换,Π表示理想置换函数;根据得到的fi和客户端的数据集构建nc-1阶多项式P=interpol(si,fi),将多项式P发送给服务端,其中,interpol(si,fi)表示一条经过所有(si,fi)的最低阶曲线,si表示服务端数据集中的第i个数据;服务端遍历[1,ns],计算ki=key(a,Π-1(P(si))),将所有的ki进行集合,得到
Figure FDA0003458354280000012
将K混淆后发送给客户端,其中,ns表示服务端数据集中的第nc个数据,ki表示
Figure FDA0003458354280000013
的编码,key表示生成
Figure FDA0003458354280000014
编码的函数,a表示服务端选择的随机数,Π-1表示理想置换函数的逆函数,K表示掩码集合;客户端端遍历[1,nc],计算ei=key(bi,m),判断ei是否存在于K中,若存在,则对应的检索数据ci存在服务端的数据集S中,否则不在服务端的数据集S中,其中,ei表示客户端的掩码,bi表示客户端选择的随机数。
4.根据权利要求3所述的一种基于隐私保护集合求交的三要素查询方法,其特征在于,客户端的数据集合为
Figure FDA0003458354280000021
服务端的数据集合为
Figure FDA0003458354280000022
其中,
Figure FDA0003458354280000023
表示客户端数据集合的中的数据,
Figure FDA0003458354280000024
表示服务端数据集合的中的数据。
5.根据权利要求1所述的一种基于隐私保护集合求交的三要素查询方法,其特征在于,执行离线模式的三要素查询方法包括:服务端遍历[1,ns],选择随机数bi←R,根据选择的随机数计算mi←msg(bi)和fi←Π(mi);根据计算得到的fi和服务端数据集构建ns-1阶多项式P=interpol(si,fi),其中函数msg:R→M;服务端将计算好的多项式P=interpol(si,fi)发送给客户端;客户端选择随机数a←R,根据选择的随机数a计算m=msg(a),将计算的结果m发送给服务端;客户端遍历[1,nc],计算ki=key(a,Π-1(P(ci))),对所有计算得到的ki进行集合,得到
Figure FDA0003458354280000025
服务端得到客户端的计算结果m后遍历[1,ns],并计算ei=key(bi,m),将所有的ei进行集合,得到
Figure FDA0003458354280000026
将E中的数据混淆顺序后发送给客户端;客户端判断ki是否存在于E中,若存在E中,则对应的检索数据ci存在于服务端的数据集S中,否则不存在服务端的数据集S中。
6.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行,以实现权利要求1至5中任一项基于隐私保护集合求交的三要素查询方法。
7.一种基于隐私保护集合求交的三要素查询装置,其特征在于,包括处理器和存储器;所述存储器用于存储计算机程序;所述处理器与所述存储器相连,用于执行所述存储器存储的计算机程序,以使所述一种基于隐私保护集合求交的三要素查询装置执行权利要求1至5中任一项基于隐私保护集合求交的三要素查询方法。
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