CN114969164A - 一种数据查询方法、装置和可读存储介质 - Google Patents

一种数据查询方法、装置和可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种数据查询方法、装置和可读存储介质。其中的方法包括：判断当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数是否为1；若剩余的元素个数为1，则基于加密状态比较所述数据x与当前迭代的有序数组a中剩余的1个元素是否相等，得到查询结果，终止迭代操作；若剩余的元素个数大于1，则基于加密状态对所述数据x和当前迭代的有序数组a的中间元素进行预设比较操作，得到密文比较结果，并根据所述密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新，更新后的有序数组a为更新前的前半部分或后半部分；基于所述更新后的有序数组a执行下一轮迭代操作。本发明实施例可以在保护数据隐私安全的基础上进行二分查找，提高数据查询效率。

Description

一种数据查询方法、装置和可读存储介质
技术领域
本发明涉及多方安全计算领域，尤其涉及一种数据查询方法、装置和可读存储介质。
背景技术
二分查找是一种基于分治策略的搜索方法，假设要查询元素x是否在长度为n的有序数组a中，二分查找的基本思想是：将有序数组a分成大致相等的两部分，取有序数组a的中间元素与x做比较，如果x与中间元素相等，则找到x，算法中止；如果x小于中间元素，则继续在数组a的左半部分搜索x；如果x大于中间元素，则继续在数组a的右半部分搜索x。
二分查找作为一种高效的查询方法，被广泛使用在数据查询、数据去重等场景中。然而，有些场景在进行二分查找时不希望泄露有序数组a以及元素x的明文信息，此时可以利用多方安全计算系统进行基于加密状态的二分查找。多方安全计算系统可以在加密数据上直接进行计算，虽然牺牲了一定的计算效率，但既实现了数据共享，又保证了安全性。
然而，在多方安全计算系统中，需要基于加密状态对有序数组a的中间元素与x做比较，密文比较结果也是密文，只有将该密文比较结果解密为明文，才可以确定接下来是在数组的左半部分还是右半部分继续进行搜索，将导致数据的隐私泄露。但是，如果不使用二分查找法进行查询，每次查询需要进行n次密文比较操作，相比于二分查找法效率低很多。
发明内容
本发明实施例提供一种数据查询方法、装置和可读存储介质，可以在保护数据隐私安全的基础上进行二分查找，提高数据查询效率。
为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种数据查询方法，所述方法应用于多方安全计算系统，所述方法用于基于加密状态查找有序数组a中是否存在数据x，所述数据x和所述有序数组a中的元素为密文，所述方法包括：
判断当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数是否为1；
若当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数为1，则基于加密状态比较所述数据x与当前迭代的有序数组a中剩余的1个元素是否相等，得到查询结果，终止迭代操作；
若当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数大于1，则基于加密状态对所述数据x和当前迭代的有序数组a的中间元素进行预设比较操作，得到密文比较结果，并根据所述密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新，更新后的有序数组a为更新前的前半部分或后半部分；
基于所述更新后的有序数组a执行下一轮迭代操作。
另一方面，本发明实施例公开了一种数据查询装置，所述装置应用于多方安全计算系统，所述装置用于基于加密状态查找有序数组a中是否存在数据x，所述数据x和所述有序数组a中的元素为密文，所述装置包括：
长度判断模块，用于判断当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数是否为1；
结果确定模块，用于若当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数为1，则基于加密状态比较所述数据x与当前迭代的有序数组a中剩余的1个元素是否相等，得到查询结果，终止迭代操作；
数组更新模块，用于若当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数大于1，则基于加密状态对所述数据x和当前迭代的有序数组a的中间元素进行预设比较操作，得到密文比较结果，并根据所述密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新，更新后的有序数组a为更新前的前半部分或后半部分；
迭代操作模块，用于基于所述更新后的有序数组a执行下一轮迭代操作。
再一方面，本发明实施例公开了一种用于数据查询的装置，包括有存储器，以及一个以上程序，其中一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个以上处理器执行所述一个以上程序，所述一个以上程序包含用于进行如前述一个或多个所述的数据查询方法的指令。
又一方面，本发明实施例公开了一种机器可读存储介质，其上存储有指令，当所述指令由装置的一个或多个处理器执行时，使得装置执行如前述一个或多个所述的数据查询方法。
本发明实施例包括以下优点：
本发明实施例提出了一种基于多方安全计算系统的数据查询方法，对于长度为n的有序数组，多方安全计算系统可以通过执行固定次数的迭代操作来实现二分查找。在每一轮迭代中，多方安全计算系统基于加密状态对待查询的数据x和当前迭代的有序数组a的中间元素进行预设比较操作，得到密文比较结果。得到该密文比较结果之后，根据该密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新，使得更新后的有序数组a为更新前的前半部分或后半部分，进入下一轮迭代。本发明实施例的数据查询方法不需要基于密文比较结果进行分支选择，也就不需要对密文比较结果进行解密，可以防止原始数据的信息泄露。此外，本发明实施例中每一轮迭代操作的有序数组的长度为上一轮的一半的向上取整，也就是说不管查询结果如何，对于当前迭代中长度为n的有序数组a，迭代之后的有序数组a长度为⌈n/2⌉，因此本发明实施例只需进行⌈log2n⌉+1次固定次数的密文比较操作。再者，攻击者无法从比较次数中推断出输入数据的任何信息，查询方除了可以获取查询结果，无法获得被查询方的其他任何数据信息，被查询方也无法获得查询方的查询信息，并且整个查询过程中都是基于加密状态执行，无需对原始数据以及中间数据进行解密，可以保护数据的隐私安全。因此，本发明实施例相对于传统的基于多方安全计算系统的数据查询方法，可以保护数据的隐私安全；相对于不使用二分查找的方法，可以在保护数据隐私安全的基础上实现二分查找，提高数据查询效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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是本发明的一种数据查询方法实施例的步骤流程图；
图2是本发明的一种数据查询装置实施例的结构框图；
图3是本发明的一种用于数据查询的装置800的框图；
图4是本发明的一些实施例中服务器的结构示意图。
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作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。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中的术语“和/或”用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本发明实施例中术语“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。
参照图1，示出了本发明的一种数据查询方法实施例的步骤流程图，所述方法可应用于多方安全计算系统，所述方法可用于基于加密状态查找有序数组a中是否存在数据x，所述数据x和所述有序数组a中的元素为密文，所述方法可以包括如下步骤：
步骤101、判断当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数是否为1；
步骤102、若当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数为1，则基于加密状态比较所述数据x与当前迭代的有序数组a中剩余的1个元素是否相等，得到查询结果，终止迭代操作；
步骤103、若当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数大于1，则基于加密状态对所述数据x和当前迭代的有序数组a的中间元素进行预设比较操作，得到密文比较结果，并根据所述密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新，更新后的有序数组a为更新前的前半部分或后半部分；
步骤104、基于所述更新后的有序数组a执行下一轮迭代操作。
本发明实施例提供的数据查询方法可应用于多方安全计算系统，本发明实施例对所述多方安全计算系统采用的安全计算协议不做限制。例如，所述多方安全计算系统可以基于MPC（Secure Multi-party Computation，多方安全计算）协议，在基于MPC协议的多方安全计算系统中，多个计算参与方可以在不泄漏自身数据的前提下，使用多方安全计算技术进行协同计算得到计算结果，参与计算的数据、中间结果、以及最终结果可以为密文。当然，所述多方安全计算系统还可以基于秘密分享、半同态、不经意传输等技术实现的多方安全计算协议。
本发明提供的数据查询方法，可应用于多方安全计算系统中的数据查询、数据去重、数组排序等应用场景。本发明实施例通过二分查找法可以确定待查询元素（如数据x）是否在被查询数组（如有序数组a）中。示例性地，有序数组a是一组用户的id（用户标识）列表，数据x是某一个用户的id，通过二分查找法可以快速查询数据x是否在有序数组a中。进一步地，所述数据x和所述有序数组a中的元素均为密文，可以通过多方安全计算系统在加密状态下进行二分查找，得到查询结果，该查询结果也是密文，且在查询过程中不会暴露原始数据以及中间数据的明文信息。
在本发明的一种可选实施例中，所述有序数组a和所述数据x分别由不同的数据方所持有，所述方法还可以包括：接收第一数据方发送的有序数组a，以及接收第二数据方发送的数据x。
示例性地，比如数据方A拥有一组用户的信息列表L，信息列表L中包含用户id，数据方B需要查询用户u的id是否在数据方A的信息列表L中，如果信息列表L是有序的，则可以使用二分查找法快速查询该用户u是否在信息列表中L中。具体地，数据方A将信息列表L加密后，得到有序数组a，数据方将有序数组a发送至多方安全计算系统。数据方B将用户u的id加密后，得到数据x，数据方B将数据x发送至多方安全计算系统。多方安全计算系统通过本发明的数据查询方法，基于加密状态查询数据x是否在有序数组a中，并将查询结果返回给查询方（数据方B），数据方解密后可以得到查询结果的明文，即可得知用户u是否在信息列表中L中。
在本发明的数据查询过程中，查询方（如数据方B）除了可以获取查询结果，无法获得被查询方（如数据方A）的其他任何数据信息，被查询方也无法获得查询方的查询信息，并且整个查询过程中都是基于加密状态执行，无需对原始数据以及中间数据进行解密，可以保护数据的隐私安全。
本发明实施例的数据查询方法可用于基于加密状态查找有序数组a中是否存在数据x，所述数据x和所述有序数组a中的元素为密文。有序数组a可以是升序排序或者降序排序。
本发明实施例的数据查询方法可以通过执行⌈log2n⌉+1次迭代的密文比较操作来实现，在执行⌈log2n⌉+1次密文比较操作后可以得到元素x是否在有序数组a中的查询结果，n为有序数组a初始时的长度。其中，⌈log2n⌉表示对log2n的结果向上取整。
具体地，在当前迭代中，根据当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数，选择执行步骤102或者103。其中，当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数，也即，当前迭代的有序数组a的长度。若当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数为1，则基于加密状态比较所述数据x与当前迭代的有序数组a中剩余的1个元素是否相等，得到密文比较结果，该密文比较结果即为查询结果，此时可以终止迭代操作。若当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数大于1，则基于加密状态对所述数据x和当前迭代的有序数组a的中间元素进行预设比较操作，得到密文比较结果，并根据该密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新，更新后的有序数组a为更新前的前半部分或后半部分，并基于更新后的有序数组a执行下一轮迭代操作。
以第一次迭代为例，当前迭代的有序数组a中剩余n个元素，由于n大于1，因此，基于加密状态对所述数据x和当前迭代的有序数组a的中间元素进行预设比较操作，得到密文比较结果。若此时n为偶数，当前迭代的有序数组a的中间元素为a⌊n/2⌋，a⌊n/2⌋表示当前迭代的有序数组a中第⌊n/2⌋个元素；若此时n为奇数，当前迭代的有序数组a的中间元素为a⌊n/2⌋+1，a⌊n/2⌋+1表示当前迭代的有序数组a中第(⌊n/2⌋+1)个元素；其中，⌊n/2⌋表示对n/2的结果向下取整。
所述预设比较操作根据有序数组a的排序方式以及当前迭代的n为偶数还是奇数所确定。在本发明的一种可选实施例中，若所述有序数组a为升序排序，则所述预设比较操作为比较所述数据x是否小于或等于当前迭代的有序数组a的中间元素，若n为偶数，则基于加密状态执行比较操作x≤a⌊n/2⌋，若n为奇数，则基于加密状态执行比较操作x≤a⌊n/2⌋+1，得到密文比较结果；若所述有序数组a为降序排序，则所述预设比较操作为比较所述数据x是否大于或等于当前迭代的有序数组a的中间元素，若n为偶数，则基于加密状态执行比较操作x≥a⌊n/2⌋，若n为奇数，则基于加密状态执行比较操作x≥a⌊n/2⌋+1，得到密文比较结果。
为便于描述，本发明实施例中以升序排序的有序数组为例进行说明，降序排序的有序数组的查询场景相互参照即可。
在基于加密状态对所述数据x和当前迭代的有序数组a的中间元素进行预设比较操作，得到密文比较结果之后，本发明实施例并不需要对该密文比较结果进行解密执行分支选择，也即不需要对该密文比较结果进行解密来确定在数组的左半部分还是右半部分继续进行搜索的操作，而是根据所述密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新，使得更新后的有序数组a为更新前的前半部分或后半部分；然后基于所述更新后的有序数组a执行下一轮迭代操作；在执行⌈log2n⌉+1次迭代操作后，可以得到二分查找的查询结果。
在第⌈log2n⌉+1次迭代操作时，有序数组a中剩余的元素个数为1，则基于加密状态比较所述数据x与当前迭代的有序数组a中剩余的1个元素是否相等，如基于加密状态执行比较操作x==a1，得到密文比较结果，该密文比较结果即为查询结果，终止迭代操作。
在本发明的一种可选实施例中，所述查询结果可以为第一预设值或第二预设值的密文，所述查询结果为第一预设值的密文表示所述有序数组a中不存在所述数据x，所述查询结果为第二预设值的密文表示所述有序数组a中存在所述数据x。
进一步地，所述第一预设值可以为0，所述第二预设值可以为1。当然，本发明实施例对第一预设值和第二预设值的具体数值不做限制。例如，所述第一预设值可以为1，所述第二预设值可以为0。
相较于传统的直接在多方安全计算系统中进行二分查找的方法相比，本发明实施例的数据查询方法不需要基于密文比较结果进行分支选择，也就不需要对密文比较结果进行解密，可以防止原始数据的信息泄露。此外，本发明实施例中每一轮迭代操作的有序数组的长度为上一轮的一半，因此不管查询结果如何，对于长度为n的有序数组a，本发明实施例只需进行⌈log2n⌉+1次固定次数的密文比较操作，极大提高了查询效率。再者，攻击者无法从比较次数中推断出输入数据的任何信息，可以有效保护输入数据的隐私安全。
在本发明的一种可选实施例中，所述密文比较结果记为flag，flag为0或1的密文，flag为0的密文表示所述预设比较操作不成立，flag为1的密文表示所述预设比较操作成立，当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数为n，所述根据所述密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新，可以包括：
若n为偶数，则通过下式根据所述密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新：
a=[a1,a2,…,a⌊n/2⌋]*flag+[a⌊n/2⌋+1,a⌊n/2⌋+2,…,an]*(1-flag)（1）
若n为奇数，则通过下式根据所述密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新：
a=[a1,a2,…,a⌊n/2⌋+1]*flag+[a⌊n/2⌋+1,a⌊n/2⌋+2,…,an]*(1-flag)（2）
假设某个有序数组a的长度n为100，则在第一次迭代中，当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数n为100，此时n为偶数，则通过上式（1）将有序数组a更新为长度为⌊n/2⌋=50的有序数组；在第二次迭代中，当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数n更新为50，此时n为偶数，则通过上式（1）将有序数组a更新为长度为⌊n/2⌋=25的有序数组；在第三次迭代中，当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数n更新为25，此时n为奇数，则通过上式（2）将有序数组a更新为长度为⌊n/2⌋+1=13的有序数组，依次类推。
可以理解的是，本发明实施例中每一轮迭代操作更新后的有序数组a为更新前的前半部分或后半部分，这里的前半部分或后半部分指的是有序数组a的长度向上取整后的前半部分或后半部分。也即，本发明实施例中每一轮迭代操作的有序数组的长度更新为上一轮的一半的向上取整。
在本发明的一种可选实施例中，所述方法还可以包括：将所述查询结果发送至查询方。该查询结果为密文，查询方解密后可以得到查询结果的明文。查询方可以为参与二分查找的某个数据方，查询方只会获取到元素x是否在数组a中的查询结果，不会获取到其他信息。
一个示例中，假设有序数组a=[1,3,5,7,9,10,12,14,16]，待查询的数据x=3，现需要在多方安全计算系统中基于二分查找法查询数据x是否在有序数组a中。可以理解的是，数组a中的元素以及数据x的值均为密文，为便于说明，本发明实施例中以明文示出。
在第一轮迭代中，a=[1,3,5,7,9,10,12,14,16]，其中，a1=1，a2=3，a3=5，a4=7，a5=9，a6=10，a7=12，a8=14，a9=16。有序数组a中剩余的元素个数n为9，则在多方安全计算系统中基于加密状态执行比较操作x≤a⌊n/2⌋+1，其中, a⌊n/2⌋+1=a5=9，也即，基于加密状态执行比较操作x≤9，得到密文比较结果flag为1的密文，表示x≤9成立。可以理解的是，本发明实施例并不对密文比较结果进行解密，因此，多方安全计算系统也不会获知该密文比较结果的明文信息。此时n=9为奇数，多方安全计算系统通过上式（2）更新有序数组a=[1,3,5,7,9]*1+[9,10,12,14,16]*0=[1,3,5,7,9]。更新后的有序数组a为更新前的前半部分。进入下一轮迭代。
在第二轮迭代中，a=[1,3,5,7,9]，其中，a1=1，a2=3，a3=5，a4=7，a5=9。有序数组a中剩余的元素个数n为5，则在多方安全计算系统中基于加密状态执行比较操作x≤a⌊n/2⌋+1，其中，a⌊n/2⌋+1=a3=5，也即，基于加密状态执行比较操作x≤5，得到密文比较结果flag为1的密文，表示x≤5成立。此时n=5为奇数，多方安全计算系统通过上式（2）更新有序数组a=[1,3,5]*1+[5,7,9]*0=[1,3,5]。更新后的有序数组a为更新前的前半部分。进入下一轮迭代。
在第三轮迭代中，a=[1,3,5]，其中，a1=1，a2=3，a3=5。有序数组a中剩余的元素个数n为3，则在多方安全计算系统中基于加密状态执行比较操作x≤a⌊n/2⌋+1，其中，a⌊n/2⌋+1=a2=3，也即，基于加密状态执行比较操作x≤3，得到密文比较结果为1的密文，表示x≤3成立。此时n=3为奇数，多方安全计算系统通过上式（2）更新有序数组a=[1,3]*1+[3,5]*0=[1,3]。更新后的有序数组a为更新前的前半部分。进入下一轮迭代。
在第四轮迭代中，a=[1,3]，其中，a1=1，a2=3。有序数组a中剩余的元素个数n为2，则在多方安全计算系统中基于加密状态执行比较操作x≤a⌊n/2⌋，其中，a⌊n/2⌋=a1=1，也即，基于加密状态执行比较操作x≤1，得到密文比较结果flag为0的密文，表示x≤1不成立。此时n=2为偶数，多方安全计算系统通过上式（1）更新有序数组a=[1]*0+[3]*1=[3]。更新后的有序数组a为更新前的后半部分。进入下一轮迭代。
在第五轮迭代中，a=[3]，其中，a1=3。有序数组a中剩余的元素个数n为1，则在多方安全计算系统中基于加密状态执行比较操作x==a1，其中a1=3，可以得到密文比较结果flag为1的密文，因此，查询数据x=3是否在有序数组a=[1,3,5,7,9,10,12,14,16]中的查询结果为1的密文。多方安全计算系统将该查询结果返回给查询方，查询方解密后可得到1的明文，表示该数据x=3在有序数组a=[1,3,5,7,9,10,12,14,16]中。
另一个示例中，假设有序数组a=[1,3,5,7,9,10,12,14,16]，待查询的数据x=15。
在第一轮迭代中，a=[1,3,5,7,9,10,12,14,16]，其中，a1=1，a2=3，a3=5，a4=7，a5=9，a6=10，a7=12，a8=14，a9=16。有序数组a中剩余的元素个数n为9，则在多方安全计算系统中基于加密状态执行比较操作x≤a⌊n/2⌋+1，其中，a⌊n/2⌋+1=a5=9，也即，基于加密状态执行比较操作x≤9，得到密文比较结果flag为0的密文。多方安全计算系统基于该密文比较结果更新有序数组a=[9,10,12,14,16]。更新后的有序数组a为更新前的后半部分，进入下一轮迭代。
在第二轮迭代中，a=[9,10,12,14,16]，其中，a1=9，a2=10，a3=12，a4=14，a5=16。有序数组a中剩余的元素个数n为5，则在多方安全计算系统中基于加密状态执行比较操作x≤a⌊n/2⌋+1，其中，a⌊n/2⌋+1=a3=12，也即，基于加密状态执行比较操作x≤12，得到密文比较结果flag为0的密文。多方安全计算系统基于该密文比较结果更新有序数组a=[12,14,16]。更新后的有序数组a为更新前的后半部分，进入下一轮迭代。
在第三轮迭代中，a=[12,14,16]，其中，a1=12，a2=14，a3=16。有序数组a中剩余的元素个数n为3，则在多方安全计算系统中基于加密状态执行比较操作x≤a⌊n/2⌋+1，其中，a⌊n/2⌋+1=a3=16，也即，基于加密状态执行比较操作x≤16，得到密文比较结果flag为1的密文。多方安全计算系统基于该密文比较结果更新有序数组a=[14,16]。更新后的有序数组a为更新前的后半部分，进入下一轮迭代。
在第四轮迭代中，a=[14,16]，其中，a1=14，a2=16。有序数组a中剩余的元素个数n为2，则在多方安全计算系统中基于加密状态执行比较操作x≤a⌊n/2⌋，其中，a⌊n/2⌋=a1=14，也即，基于加密状态执行比较操作x≤14，得到密文比较结果flag为0的密文。多方安全计算系统基于该密文比较结果更新有序数组a=[16]。更新后的有序数组a为更新前的后半部分，进入下一轮迭代。
在第五轮迭代中，a=[16]，其中，a1=16。有序数组a中剩余的元素个数n为1，则在多方安全计算系统中基于加密状态执行比较操作x==a1，其中，a1=16，可以得到密文比较结果flag为0的密文，因此，查询数据x=15是否在有序数组a=[1,3,5,7,9,10,12,14,16]中的查询结果为0的密文。多方安全计算系统将该查询结果返回给查询方，查询方解密可得到0的明文，表示该数据x=15不在有序数组a=[1,3,5,7,9,10,12,14,16]中。
可以看出，本发明实施例的数据查询方法不需要基于密文比较结果进行分支选择，也就不用对密文比较结果进行解密，可以防止原始数据的信息泄露。此外，本发明实施例中每一轮迭代操作的有序数组的长度为上一轮的一半的向上取整，也就是说不管查询结果如何，对于当前迭代中长度为n的有序数组a，迭代之后的数组a长度为⌈n/2⌉，因此，本发明实施例只需进行⌈log2n⌉+1次固定次数的密文比较操作，如上述两个示例中，在查询结果为存在或者不存在的情况下，都只需要执行⌈log2n⌉+1=⌈log29⌉+1=5次迭代操作。本发明实施例相对于传统的基于多方安全计算系统的数据查询方法，可以保护数据的隐私安全；相对于不使用二分查找的方法，可以在保护数据隐私安全的基础上实现二分查找，提高数据查询效率。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
参照图2，示出了本发明的一种数据查询装置实施例的结构框图，所述装置可应用于多方安全计算系统，所述装置可用于基于加密状态查找有序数组a中是否存在数据x，所述数据x和所述有序数组a中的元素为密文，所述装置可以包括：
长度判断模块201，用于判断当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数是否为1；
结果确定模块202，用于若当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数为1，则基于加密状态比较所述数据x与当前迭代的有序数组a中剩余的1个元素是否相等，得到查询结果，终止迭代操作；
数组更新模块203，用于若当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数大于1，则基于加密状态对所述数据x和当前迭代的有序数组a的中间元素进行预设比较操作，得到密文比较结果，并根据所述密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新，更新后的有序数组a为更新前的前半部分或后半部分；
迭代操作模块204，用于基于所述更新后的有序数组a执行下一轮迭代操作。
可选地，若所述有序数组a为升序排序，则所述预设比较操作为比较所述数据x是否小于或等于当前迭代的有序数组a的中间元素；若所述有序数组a为降序排序，则所述预设比较操作为比较所述数据x是否大于或等于当前迭代的有序数组a的中间元素。
可选地，所述密文比较结果为flag，flag为0或1的密文，flag为0的密文表示所述预设比较操作不成立，flag为1的密文表示所述预设比较操作成立，当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数为n，所述数组更新模块，具体用于：
若n为偶数，则通过下式根据所述密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新：
a=[a1,a2,…,a⌊n/2⌋]*flag+[a⌊n/2⌋+1,a⌊n/2⌋+2,…,an]*(1-flag)；
若n为奇数，则通过下式根据所述密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新：
a=[a1,a2,…,a⌊n/2⌋+1]*flag+[a⌊n/2⌋+1,a⌊n/2⌋+2,…,an]*(1-flag)。
可选地，所述查询结果为第一预设值或第二预设值的密文，所述查询结果为第一预设值的密文表示所述有序数组a中不存在所述数据x，所述查询结果为第二预设值的密文表示所述有序数组a中存在所述数据x。
可选地，所述装置还包括：
结果发送模块，用于将所述查询结果发送至查询方。
可选地，所述有序数组a和所述数据x分别由不同的数据方所持有，所述装置还包括：
数据接收模块，用于接收第一数据方发送的有序数组a，以及接收第二数据方发送的数据x。
本发明实施例提出了一种基于多方安全计算系统的数据查询装置，对于长度为n的有序数组，多方安全计算系统通过执行固定次数的迭代操作来实现二分查找。在每一轮迭代中，多方安全计算系统基于加密状态对待查询的数据x和当前迭代的有序数组a的中间元素进行预设比较操作，得到密文比较结果。得到该密文比较结果之后，根据该密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新，使得更新后的有序数组a为更新前的前半部分或后半部分，进入下一轮迭代。本发明实施例的数据查询装置不需要基于密文比较结果进行分支选择，也就不需要对密文比较结果进行解密，可以防止原始数据的信息泄露。此外，本发明实施例中每一轮迭代操作的有序数组的长度为上一轮的一半的向上取整，也就是说不管查询结果如何，对于当前迭代中长度为n的有序数组a，迭代之后的有序数组a长度为⌈n/2⌉，因此本发明实施例只需进行⌈log2n⌉+1次固定次数的密文比较操作。再者，攻击者无法从比较次数中推断出输入数据的任何信息，查询方除了可以获取查询结果，无法获得被查询方的其他任何数据信息，被查询方也无法获得查询方的查询信息，并且整个查询过程中都是基于加密状态执行，无需对原始数据以及中间数据进行解密，可以保护数据的隐私安全。因此，本发明实施例相对于传统的基于多方安全计算系统的数据查询方法，可以保护数据的隐私安全；相对于不使用二分查找的方法，可以在保护数据隐私安全的基础上实现二分查找，提高数据查询效率。
对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
本发明实施例提供了一种用于数据查询的装置，包括有存储器，以及一个以上的程序，其中一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个以上处理器执行所述一个以上程序包含用于进行上述一个或多个实施例中所述的数据查询方法的指令。
图3是根据一示例性实施例示出的一种用于数据查询的装置800的框图。例如，装置800可以是移动电话，计算机，数字广播终端，消息收发设备，游戏控制台，平板设备，医疗设备，健身设备，个人数字助理等。
参照图3，装置800可以包括以下一个或多个组件：处理组件802，存储器804，电源组件806，多媒体组件808，音频组件810，输入/输出（I/ O）的接口812，传感器组件814，以及通信组件816。
处理组件802通常控制装置800的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理元件802可以包括一个或多个处理器820来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件802可以包括一个或多个模块，便于处理组件802和其他组件之间的交互。例如，处理组件802可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件808和处理组件802之间的交互。
存储器804被配置为存储各种类型的数据以支持在设备800的操作。这些数据的示例包括用于在装置800上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器804可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（SRAM），电可擦除可编程只读存储器（EEPROM），可擦除可编程只读存储器（EPROM），可编程只读存储器（PROM），只读存储器（ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
电源组件806为装置800的各种组件提供电力。电源组件806可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为装置800生成、管理和分配电力相关联的组件。
多媒体组件808包括在所述装置800和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器（LCD）和触摸面板（TP）。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，多媒体组件808包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当设备800处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。
音频组件810被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件810包括一个麦克风（MIC），当装置800处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音信息处理模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器804或经由通信组件816发送。在一些实施例中，音频组件810还包括一个扬声器，用于输出音频信号。
I/ O接口812为处理组件802和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。
传感器组件814包括一个或多个传感器，用于为装置800提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件814可以检测到设备800的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为装置800的显示器和小键盘，传感器组件814还可以搜索装置800或装置800一个组件的位置改变，用户与装置800接触的存在或不存在，装置800方位或加速/减速和装置800的温度变化。传感器组件814可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件814还可以包括光传感器，如CMOS或CCD图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件814还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。
通信组件816被配置为便于装置800和其他设备之间有线或无线方式的通信。装置800可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi，2G或3G，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件816经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信组件816还包括近场通信（NFC）模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频信息处理（RFID）技术，红外数据协会（IrDA）技术，超宽带（UWB）技术，蓝牙（BT）技术和其他技术来实现。
在示例性实施例中，装置800可以被一个或多个应用专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器（DSP）、数字信号处理设备（DSPD）、可编程逻辑器件（PLD）、现场可编程门阵列（FPGA）、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述方法。
在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的非临时性计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器804，上述指令可由装置800的处理器820执行以完成上述方法。例如，所述非临时性计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器（RAM）、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
图4是本发明的一些实施例中服务器的结构示意图。该服务器1900可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上中央处理器（central processingunits，CPU）1922（例如，一个或一个以上处理器）和存储器1932，一个或一个以上存储应用程序1942或数据1944的存储介质1930（例如一个或一个以上海量存储设备）。其中，存储器1932和存储介质1930可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质1930的程序可以包括一个或一个以上模块（图示没标出），每个模块可以包括对服务器中的一系列指令操作。更进一步地，中央处理器1922可以设置为与存储介质1930通信，在服务器1900上执行存储介质1930中的一系列指令操作。
服务器1900还可以包括一个或一个以上电源1926，一个或一个以上有线或无线网络接口1950，一个或一个以上输入输出接口1958，一个或一个以上键盘1956，和/或，一个或一个以上操作系统1941，例如Windows ServerTM，Mac OS XTM，UnixTM, LinuxTM，FreeBSDTM等等。
一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由装置（服务器或者终端）的处理器执行时，使得装置能够执行图1所示的数据查询方法。
一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由装置（服务器或者终端）的处理器执行时，使得装置能够执行前文图1所对应实施例中数据查询方法的描述，因此，这里将不再进行赘述。另外，对采用相同方法的有益效果描述，也不再进行赘述。对于本申请所涉及的计算机程序产品或者计算机程序实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述。
此外，需要说明的是：本申请实施例还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或者计算机程序可以包括计算机指令，该计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器可以执行该计算机指令，使得该计算机设备执行前文图1所对应实施例中数据查询方法的描述，因此，这里将不再进行赘述。另外，对采用相同方法的有益效果描述，也不再进行赘述。对于本申请所涉及的计算机程序产品或者计算机程序实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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。
以上对本发明所提供的一种数据查询方法、一种数据查询装置、一种用于数据查询的装置和一种可读存储介质，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (14)

1.一种数据查询方法，其特征在于，所述方法应用于多方安全计算系统，所述方法用于基于加密状态查找有序数组a中是否存在数据x，所述数据x和所述有序数组a中的元素为密文，所述方法包括：
判断当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数是否为1；
若当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数为1，则基于加密状态比较所述数据x与当前迭代的有序数组a中剩余的1个元素是否相等，得到查询结果，终止迭代操作；
若当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数大于1，则基于加密状态对所述数据x和当前迭代的有序数组a的中间元素进行预设比较操作，得到密文比较结果，并根据所述密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新，更新后的有序数组a为更新前的前半部分或后半部分；
基于所述更新后的有序数组a执行下一轮迭代操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述有序数组a为升序排序，则所述预设比较操作为比较所述数据x是否小于或等于当前迭代的有序数组a的中间元素；若所述有序数组a为降序排序，则所述预设比较操作为比较所述数据x是否大于或等于当前迭代的有序数组a的中间元素。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述密文比较结果为flag，flag为0或1的密文，flag为0的密文表示所述预设比较操作不成立，flag为1的密文表示所述预设比较操作成立，当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数为n，所述根据所述密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新，包括：
若n为偶数，则通过下式根据所述密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新：
a=[a1,a2,…,a⌊n/2⌋]*flag+[a⌊n/2⌋+1,a⌊n/2⌋+2,…,an]*(1-flag)；
若n为奇数，则通过下式根据所述密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新：
a=[a1,a2,…,a⌊n/2⌋+1]*flag+[a⌊n/2⌋+1,a⌊n/2⌋+2,…,an]*(1-flag)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述查询结果为第一预设值或第二预设值的密文，所述查询结果为第一预设值的密文表示所述有序数组a中不存在所述数据x，所述查询结果为第二预设值的密文表示所述有序数组a中存在所述数据x。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述查询结果发送至查询方。
6.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述有序数组a和所述数据x分别由不同的数据方所持有，所述方法还包括：
接收第一数据方发送的有序数组a，以及接收第二数据方发送的数据x。
7.一种数据查询装置，其特征在于，所述装置应用于多方安全计算系统，所述装置用于基于加密状态查找有序数组a中是否存在数据x，所述数据x和所述有序数组a中的元素为密文，所述装置包括：
长度判断模块，用于判断当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数是否为1；
结果确定模块，用于若当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数为1，则基于加密状态比较所述数据x与当前迭代的有序数组a中剩余的1个元素是否相等，得到查询结果，终止迭代操作；
数组更新模块，用于若当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数大于1，则基于加密状态对所述数据x和当前迭代的有序数组a的中间元素进行预设比较操作，得到密文比较结果，并根据所述密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新，更新后的有序数组a为更新前的前半部分或后半部分；
迭代操作模块，用于基于所述更新后的有序数组a执行下一轮迭代操作。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，若所述有序数组a为升序排序，则所述预设比较操作为比较所述数据x是否小于或等于当前迭代的有序数组a的中间元素；若所述有序数组a为降序排序，则所述预设比较操作为比较所述数据x是否大于或等于当前迭代的有序数组a的中间元素。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述密文比较结果为flag，flag为0或1的密文，flag为0的密文表示所述预设比较操作不成立，flag为1的密文表示所述预设比较操作成立，当前迭代的有序数组a中剩余的元素个数为n，所述数组更新模块，具体用于：
若n为偶数，则通过下式根据所述密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新：
a=[a1,a2,…,a⌊n/2⌋]*flag+[a⌊n/2⌋+1,a⌊n/2⌋+2,…,an]*(1-flag)；
若n为奇数，则通过下式根据所述密文比较结果对当前迭代的有序数组a进行更新：
a=[a1,a2,…,a⌊n/2⌋+1]*flag+[a⌊n/2⌋+1,a⌊n/2⌋+2,…,an]*(1-flag)。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述查询结果为第一预设值或第二预设值的密文，所述查询结果为第一预设值的密文表示所述有序数组a中不存在所述数据x，所述查询结果为第二预设值的密文表示所述有序数组a中存在所述数据x。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
结果发送模块，用于将所述查询结果发送至查询方。
12.根据权利要求7至11任一所述的装置，其特征在于，所述有序数组a和所述数据x分别由不同的数据方所持有，所述装置还包括：
数据接收模块，用于接收第一数据方发送的有序数组a，以及接收第二数据方发送的数据x。
13.一种用于数据查询的装置，其特征在于，包括有存储器，以及一个以上程序，其中一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个以上处理器执行所述一个以上程序，所述一个以上程序包含用于进行如权利要求1至6中任一所述的数据查询方法的指令。
14.一种可读存储介质，其上存储有指令，当所述指令由装置的一个或多个处理器执行时，使得装置执行如权利要求1至6中任一所述的数据查询方法。
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