CN115174126A - 基于区块链和sgx的外包数据密文搜索方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法及系统，其属于数据安全与隐私保护技术领域，所述方案基于区块链实现数据发布和使用授权，通过链上链下协同方式，计算节点在基于SGX可信执行环境中进行外包数据密文搜索操作，返回搜索结果并上链安全存储，所述方案通过分布式的在SGX可信执行环境中安全高效的完成对任意查询关键词下的全文搜索，密文搜索效率更高，使用范围更广，在保证了数据安全的同时，提升了外包数据密文搜索的效率。

Description

基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法及系统
技术领域
本发明属于数据安全与隐私保护技术领域，尤其涉及一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着网络信息技术的快速发展，各类应用产生的数据量急剧增加。为解决数据存储问题，越来越多的单位和个人选择将数据外包存储在云存储服务器或IPFS等第三方存储服务器中。外包存储不仅可以降低数据拥有者的存储成本，还可以不受设备和地域限制的随时下载和使用外包存储数据。然而第三方存储服务在给用户带来一定便利的同时，也会带来数据泄露和安全风险。为保证数据的安全性，用户通常将数据加密后存储于外包存储服务器中。外包存储服务器在没有解密密钥的情况下，无法获得描述数据的关键词信息，从而无法快速的实现类似于SQL的数据查询。为获得数据搜索的结果，最简单的方法是用户将加密数据下载到本地后进行解密和搜索，这给用户带来了极大的数据泄露风险，而且需要较大的存储空间和计算能力。为帮助用户精确的获得所需数据，学者们提出了可搜索加密算法。
发明人发现，可搜索加密算法在数据加密的情况下实现密文空间的数据搜索功能，其主要分为对称可搜索加密和公钥可搜索加密两类算法：对称可搜索加密方案是数据拥有者使用对称密码算法加密数据来实现数据密文搜索的目的，此类方案是使用对称密码算法加密运行速度较快、效率较高，但大多数仅适用于单用户下的数据搜索场景；公钥可搜索加密方案适用于多用户下的数据搜索场景，但搜索效率较低。由于可搜索加密算法是用来实现面向云存储等外包数据的密文搜索，如果外包服务器是不诚实的或被恶意攻击者挟持，将导致密文搜索结果的不正确性。为有效避免中心化服务器带来的这些弊端，有些方案将区块链和可搜索加密技术相结合，用户将数据加密存储在IPFS中，生成的索引和门陷发送给智能合约，利用智能合约来充当存储服务器，从而完成外包数据的密文搜索，最后获得相应的搜索结果。此类方案虽然避免了中心化，但执行搜索智能合约需要大量链上开销，同时用户需要额外的计算开销来判断搜索结果的准确性。与此同时，同态加密方法引起了许多研究者的关注，它除了能实现基本的加密操作外，还可以实现密文空间计算，所得到的搜索结果等价于在明文空间上的直接计算，最终的搜索结果和明文上的搜索结果相同。但此类方案的加密运行速度较慢、计算开销较大，无法满足海量数据的计算和搜索。因此，现在的外包数据密文搜索方案在应用场景、可信性和搜索效率等方面还有待提高。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供了一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法及系统，所述方案基于区块链实现数据发布和使用授权，通过链上链下协同方式，计算节点在基于SGX可信执行环境中进行外包数据密文搜索操作，返回搜索结果并上链安全存储，所述方案通过分布式的在SGX可信执行环境中安全高效的完成对任意查询关键词下的全文搜索，密文搜索效率更高，使用范围更广，在保证了数据安全的同时，提升了外包数据密文搜索的效率。
根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法，包括：
数据拥有者将数据加密后的密文数据以及密文数据哈希值上传至数据存储方进行存储，并将数据相关信息上传至区块链，进行数据发布；
数据请求者在区块链上查询所需数据，并发出数据使用请求；获得数据拥有者的使用授权后，将加密后的查询关键词发送到查询节点的SGX执行关键词查询；其中，所述关键词查询采用在区块链上注册的若干计算节点和一个查询节点；所述计算节点和查询节点均具有自身对应的SGX可信执行环境，所述查询节点用于查询任务的接收和分发，所述计算节点用于执行关键词安全查询检索；所述查询节点将查询请求通过区块链智能合约同步至每个计算节点，通过智能合约获得每个计算节点的搜索结果，聚合后存储至区块链上；
数据请求者通过链上合约获得区块链上的搜索结果，并根据搜索结果中的存储哈希地址从数据存储方获得相应的密文数据，经解密后获得相应的明文数据。
进一步的，所述查询节点将查询请求通过区块链智能合约同步至每个计算节点，具体为：
查询节点对应的SGX通过智能合约从链上下载加密后的数据加密密钥，并通过相应加解密处理后通过链下智能合约发送到计算节点对应的SGX；
查询节点对应的SGX通过智能合约从链上下载加密后的查询关键词，经相应加解密处理后与其对应的数据存储地址通过链下智能合约发送至计算节点对应的SGX。
进一步的，所述通过智能合约获得每个计算节点的搜索结果，聚合后存储至区块链上，具体为：每个计算节点对应的SGX将搜索结果生成哈希值、使用对应的SGX生成的私钥对所述搜索结果进行签名以及使用数据请求者的公钥对搜索结果进行加密获得加密后的搜索结果，并通过智能合约将搜索结果、搜索结果的哈希值以及加密后的搜索结果通过智能合约发送给查询节点；查询节点对于来自每个计算节点的搜索结果进行验证，并聚合生成汇总结果。
进一步的，所述计算节点用于执行关键词安全查询检索，具体为：
计算节点对应的SGX通过智能合约获得其对应的密文数据及密文数据哈希值，并通过解密处理获得对称密码算法的密钥；
计算节点对应的SGX使用对称密码算法的密钥对密文数据进行解密，获得明文数据；并通过相应解密处理获得查询关键词；
计算节点对应的SGX基于所述查询关键词在明文数据中进行检索，若明文数据中包含查询关键词，则返回数据存储地址，否则，返回0。
进一步的，所述数据拥有者、数据请求者与查询节点对应的SGX之间利用远程认证机制实现双向身份认证，确定查询节点对应SGX身份真实性。
进一步的，所述数据加密后的密文数据采用对称密码算法进行加密。
进一步的，所述数据相关信息包括密文数据哈希值、数据摘要及存储哈希地址信息。
根据本发明实施例的第二个方面，提供了一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索系统，包括数据拥有者、数据请求者、数据存储方、区块链及SGX；其中：
数据拥有者，其被配置为将数据加密后的密文数据以及密文数据哈希值上传至数据存储方进行存储，并将数据相关信息上传至区块链，进行数据发布；
数据请求者，其被配置为在区块链上查询所需数据，并发出数据使用请求；获得数据拥有者的使用授权后，将加密后的查询关键词发送到查询节点的SGX执行关键词查询；其中，所述关键词查询采用在区块链上注册的若干计算节点和一个查询节点；所述计算节点和查询节点均具有自身对应的SGX可信执行环境，所述查询节点用于查询任务的接收和分发，所述计算节点用于执行关键词安全查询检索；所述查询节点将查询请求通过区块链智能合约同步至每个计算节点，通过智能合约获得每个计算节点的搜索结果，聚合后存储至区块链上；
以及，通过链上合约获得区块链上的搜索结果，并根据搜索结果中的存储哈希地址从数据存储方获得相应的密文数据，经解密后获得相应的明文数据。
根据本发明实施例的第三个方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法。
根据本发明实施例的第四个方面，提供了一种非暂态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所述的一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明所述方案提供了一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法及系统，所述方案通过将数据加密外包存储，利用SGX在保证数据安全情况下实现外包数据分布式搜索，避免了中心化密文搜索效率低的弊端；关键词搜索利用SGX在可信执行环境中以明文形式完成，最后只获得搜索结果，无需限制搜索条件，也不泄露明文的任何相关信息，适用范围更加广泛；搜索结果加密和签名后通过链上合约进行存储用于对区块链节点的追踪问责，实现安全高效的完成对任意查询关键词下的全文搜索。
（2）与未使用区块链的现有技术对比，本发明中基于区块链实现数据链上发布、数据使用请求、搜索结果存储，利用链上链下协同的方式实现了关键词高效安全搜索，搜索结果加密和签名后通过链上合约进行存储，保障了搜索结果的可信性。
（3）与使用区块链的现有技术对比，本发明所述方案利用SGX完成外包数据的密文搜索操作，与现有采用智能合约搜索的方案对比，避免了执行搜索智能合约所需的链上开销，同时用户不需要额外的计算开销来判断搜索结果的准确性，且实现对任意查询关键词下的全文搜索；与现有采用同态哈希方案对比，搜索效率更高、计算开销较小，且支持海量数据的计算和搜索，更具普遍性，适用范围更加广泛。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例中所述的基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法的交互过程示意图；
图2为本发明实施例中所述的基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法的流程图；
图3为本发明实施例中所述的基于区块链和SGX的外包数据密文搜索系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
术语解释：
SGX，software guard extensions，是Intel指令集架构的一个扩展，在内存中提供一个加密的可信执行区域，以硬件安全为强制性保障, 不依赖于固件和软件的安全状态，由 CPU保护数据和隐私不被恶意窃取。
IPFS，inter planetary file system，是一个面向全球的、点对点的分布式文件传输系统，其目标是为了补充目前互联网的超文本传输协议，将所有具有相同文件系统的计算设备连接在一起。原理是利用基于内容的地址替代基于域名的地址，也就是用户寻找的不是某个地址而是储存在某个地方的内容，不需要验证发送者的身份，而只需要验证内容的哈希，可以让数据传输的速度更快、更安全、更健壮。
实施例一：
本实施例的目的是提供一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法。
一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法，包括：
数据拥有者将数据加密后的密文数据以及密文数据哈希值上传至数据存储方进行存储，并将数据相关信息上传至区块链，进行数据发布；
数据请求者在区块链上查询所需数据，并发出数据使用请求；获得数据拥有者的使用授权后，将加密后的查询关键词发送到查询节点的SGX执行关键词查询；其中，所述关键词查询采用在区块链上注册的若干计算节点和一个查询节点；所述计算节点和查询节点均具有自身对应的SGX可信执行环境，所述查询节点用于查询任务的接收和分发，所述计算节点用于执行关键词安全查询检索；所述查询节点将查询请求通过区块链智能合约同步至每个计算节点，通过智能合约获得每个计算节点的搜索结果，聚合后存储至区块链上；
数据请求者通过链上合约获得区块链上的搜索结果，并根据搜索结果中的存储哈希地址从数据存储方获得相应的密文数据，经解密后获得相应的明文数据。
进一步的，所述查询节点将查询请求通过区块链智能合约同步至每个计算节点，具体为：
查询节点对应的SGX通过智能合约从链上下载加密后的数据加密密钥，并通过相应加解密处理后通过链下智能合约发送到计算节点对应的SGX；
查询节点对应的SGX通过智能合约从链上下载加密后的查询关键词，经相应加解密处理后与其对应的数据存储地址通过链下智能合约发送至计算节点对应的SGX。
进一步的，所述通过智能合约获得每个计算节点的搜索结果，聚合后存储至区块链上，具体为：每个计算节点对应的SGX将搜索结果生成哈希值、使用对应的SGX生成的私钥对所述搜索结果进行签名以及使用数据请求者的公钥对搜索结果进行加密获得加密后的搜索结果，并通过智能合约将搜索结果、搜索结果的哈希值以及加密后的搜索结果通过智能合约发送给查询节点；查询节点对于来自每个计算节点的搜索结果进行验证，并聚合生成汇总结果。
进一步的，所述计算节点用于执行关键词安全查询检索，具体为：
计算节点对应的SGX通过智能合约获得其对应的密文数据及密文数据哈希值，并通过解密处理获得对称密码算法的密钥；
计算节点对应的SGX使用对称密码算法的密钥对密文数据进行解密，获得明文数据；并通过相应解密处理获得查询关键词；
计算节点对应的SGX基于所述查询关键词在明文数据中进行检索，若明文数据中包含查询关键词，则返回数据存储地址，否则，返回0。
进一步的，所述数据拥有者、数据请求者与查询节点对应的SGX之间利用远程认证机制实现双向身份认证，确定查询节点对应SGX身份真实性。
进一步的，所述数据加密后的密文数据采用对称密码算法进行加密。
进一步的，所述数据相关信息包括密文数据哈希值、数据摘要及存储哈希地址信息。
具体的，为了便于理解，以下结合附图对本实施例所述方案进行详细说明：
如图1和图2所示，一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法，具体包括如下步骤：
步骤1：数据加密上传：作为区块链注册用户，数据拥有者A使用对称密码算法和密钥
Figure DEST_PATH_IMAGE001
加密明文数据集合
Figure 995312DEST_PATH_IMAGE002
(
Figure DEST_PATH_IMAGE003
大小不超过128M，i=1,2,...,n)生成密文数据集合
Figure 224037DEST_PATH_IMAGE004
，其中密文数据
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；生成密文数据哈希值集合
Figure 66091DEST_PATH_IMAGE006
，其中密文数据哈希值
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，使用自己的私钥
Figure 274349DEST_PATH_IMAGE008
对C和H签名生成
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，最后将
Figure 416618DEST_PATH_IMAGE010
发送给数据存储方DS。
步骤2：外包数据存储：数据存储方DS收到s后，首先使用数据拥有者A的公钥
Figure DEST_PATH_IMAGE011
验签r确定是否为数据拥有者A上传的数据；生成密文哈希值
Figure 753927DEST_PATH_IMAGE012
与
Figure DEST_PATH_IMAGE013
进行对比，如果相等则验证通过，数据存储方DS存储C和H，最后返回存储哈希地址
Figure 83277DEST_PATH_IMAGE014
；否则返回验证失败，需要重新执行步骤1和2。
步骤3：数据发布：数据拥有者A将密文数据哈希值集合H、数据摘要ab和存储哈希地址addr等信息上传到区块链，发布数据。
步骤4：双向身份认证：作为区块链注册用户，数据拥有者A、数据请求者B与查询节点对应的SGX利用远程认证机制来完成双向身份认证，确定查询节点对应的SGX的身份的真实性。
步骤5：数据资源查询：数据请求者B在区块链上进行查询数据资源目录，找到需要使用的数据。
步骤6：数据使用服务请求：数据请求者B通过区块链请求数据使用服务。
步骤7：数据使用请求转发：区块链查询数据拥有者A的授权信息，如果已经授权且在授权期限内，转至步骤9；否则将数据请求方B的数据使用请求转发给数据拥有者A。
步骤8：数据使用授权：数据拥有者A通过区块链授权服务请求方B使用数据。
步骤9：密钥加密和上链：数据拥有者A分别使用查询节点对应的SGX生成的公钥
Figure DEST_PATH_IMAGE015
和数据请求者B的公钥
Figure 95227DEST_PATH_IMAGE016
加密对称密钥K生成
Figure DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 92002DEST_PATH_IMAGE018
，并上传到区块链存储。
步骤10：发送查询关键词：数据请求者B获得使用授权后，向区块链请求关键词查询服务，部署数据查询智能合约，使用查询节点对应的SGX生成的公钥
Figure DEST_PATH_IMAGE019
对查询关键词w加密生成
Figure 131371DEST_PATH_IMAGE020
，并将其发送给查询节点的SGX。
步骤11：关键词查询：密文数据集合C包含n个大小不超过128M的数据，需要n+1个区块链上的注册节点，包括1个查询节点和n个计算节点。其中查询节点拥有自己对应的SGX可信执行环境，用于查询任务的接收和分发，以及搜索结果的聚合和上链；每个计算节点拥有各自对应的SGX可信执行环境，用于执行关键词安全查询检索。查询节点将查询请求通过区块链智能合约同步至系统内的每个计算节点，执行步骤11.1-11.2，通过智能合约获得搜索结果，聚合后存储到区块链上，执行步骤11.10-11.11；计算节点i在对应的SGX可信执行环境中进行关键词检索操作，执行步骤11.3-11.9。
步骤11.1：查询节点对应的SGX通过智能合约从链上下载
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，使用SGX生成的私钥
Figure 744755DEST_PATH_IMAGE022
解密获得
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，使用计算节点i对应的SGX生成的公钥
Figure 498078DEST_PATH_IMAGE024
加密
Figure DEST_PATH_IMAGE025
生成
Figure 83780DEST_PATH_IMAGE026
，并将其通过链下智能合约发送给计算节点i对应的SGX；
步骤11.2：查询节点对应的SGX通过智能合约从链上下载
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，使用SGX生成的私钥
Figure 825209DEST_PATH_IMAGE028
解密获得
Figure DEST_PATH_IMAGE029
，使用计算节点i对应的SGX生成的公钥
Figure 129151DEST_PATH_IMAGE030
加密w生成
Figure DEST_PATH_IMAGE031
，与第i个数据存储地址
Figure 482903DEST_PATH_IMAGE032
一起通过链下智能合约发送给计算节点i对应的SGX；
步骤11.3：计算节点i对应的SGX通过智能合约获得密文数据集合c i 及其对应的哈希值h i ，重新生成密文哈希值并进行数据完整性验证；
步骤11.4：计算节点i对应的SGX使用私钥
Figure DEST_PATH_IMAGE033
解密
Figure 188691DEST_PATH_IMAGE034
获对称密码算法的密钥
Figure DEST_PATH_IMAGE035
；
步骤11.5：计算节点i对应的SGX使用密钥k i 解密密文数据c i 获得明文数据m i ；
步骤11.6：计算节点i对应的SGX使用私钥
Figure 789437DEST_PATH_IMAGE036
解密
Figure DEST_PATH_IMAGE037
获得查询关键词
Figure 829943DEST_PATH_IMAGE038
；
步骤11.7：计算节点i对应的SGX根据查询关键词w对明文数据m i 进行关键词检索操作；
步骤11.8：若明文数据m i 中包含查询关键词w，则返回搜索结果
Figure DEST_PATH_IMAGE039
，否则返回搜索结果
Figure 971074DEST_PATH_IMAGE040
；
步骤11.9：计算节点i对应的SGX将搜索结果result i =0生成哈希值h（result i ），再使用对应的SGX生成的私钥
Figure DEST_PATH_IMAGE041
对其签名生成人re i ，使用数据请求者B的公钥
Figure 547680DEST_PATH_IMAGE042
加密result i 生成
Figure DEST_PATH_IMAGE043
，通过智能合约将
Figure 381644DEST_PATH_IMAGE044
发送给查询节点；
步骤11.10：查询节点获得
Figure DEST_PATH_IMAGE045
，验证签名re i 确认是计算节点i对应的SGX发来的搜索结果，聚合生成汇总结果
Figure 378288DEST_PATH_IMAGE046
和
Figure DEST_PATH_IMAGE047
；
步骤11.11：搜索结果上链：查询节点使用对应的SGX生成的私钥
Figure 870580DEST_PATH_IMAGE048
对
Figure DEST_PATH_IMAGE049
签名生成re，并将(result,H r ,re)存储在区块链上；
步骤12：获得搜索结果：数据请求者B通过链上合约获得(result,H r ,re)，使用查询节点使用对应的SGX生成的公钥
Figure 19802DEST_PATH_IMAGE050
验证签名re，确认是查询节点对应的SGX发来的搜索结果，使用自己的私钥
Figure DEST_PATH_IMAGE051
解密获得搜索结果
Figure 273934DEST_PATH_IMAGE052
，最后重新生成其哈希值，校验搜索结果的完整性。
步骤13：获得搜索数据：数据请求者B根据
Figure DEST_PATH_IMAGE053
中不为0的存储哈希地址从数据存储方DS获得相对应的密文数据，最后使用密钥K解密获得相对应的明文数据。
实施例二：
本实施例的目的是提供一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索系统。
一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索系统，包括数据拥有者、数据请求者、数据存储方、区块链及SGX；其中：
数据拥有者，其被配置为将数据加密后的密文数据以及密文数据哈希值上传至数据存储方进行存储，并将数据相关信息上传至区块链，进行数据发布；
数据请求者，其被配置为在区块链上查询所需数据，并发出数据使用请求；获得数据拥有者的使用授权后，将加密后的查询关键词发送到查询节点的SGX执行关键词查询；其中，所述关键词查询采用在区块链上注册的若干计算节点和一个查询节点；所述计算节点和查询节点均具有自身对应的SGX可信执行环境，所述查询节点用于查询任务的接收和分发，所述计算节点用于执行关键词安全查询检索；所述查询节点将查询请求通过区块链智能合约同步至每个计算节点，通过智能合约获得每个计算节点的搜索结果，聚合后存储至区块链上；
以及，通过链上合约获得区块链上的搜索结果，并根据搜索结果中的存储哈希地址从数据存储方获得相应的密文数据，经解密后获得相应的明文数据。
具体的，为了便于理解，以下结合附图对本实施例所述方案进行详细说明：
如图3所示，一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索系统，包括：数据服务部分(包括数据拥有者和数据请求者)、区块链部分、数据存储方部分、SGX部分共四部分。
（一）数据服务部分
数据拥有者A通过数据服务部分实现的数据加密上传、数据发布和使用授权；数据请求者B通过数据服务部分实现数据资源查询、发送使用请求、发送查询条件、获得搜索结果、获得密文数据。其具体执行如下过程：
1．数据拥有者A使用对称加密算法和密钥
Figure 570924DEST_PATH_IMAGE054
加密明文数据集合
Figure DEST_PATH_IMAGE055
(m i 大小不超过128M，i=1,2,...,n)生成密文数据集合
Figure 7852DEST_PATH_IMAGE056
，生成密文数据哈希值集合
Figure DEST_PATH_IMAGE057
，将C和H签名生成r，最后将
Figure 542739DEST_PATH_IMAGE058
发送给数据存储方DS；
2．数据拥有者A将密文数据哈希值集合H、数据摘要ab和存储哈希地址addr等信息上传到区块链，通过区块链发布数据；
3．数据资源查询：数据请求者B在区块链上进行查询数据资源目录，找到需要使用的数据；
4．使用请求：数据请求者B向区块链发送数据使用请求，并接收数据使用授权结果；
5．使用授权：数据拥有者A接收区块链转发的数据使用请求，并进行授权；
6．密钥加密和上链：数据拥有者A分别使用查询节点的SGX对应的公钥
Figure DEST_PATH_IMAGE059
和数据请求者B的公钥
Figure 967773DEST_PATH_IMAGE060
将对称密钥K加密生成
Figure DEST_PATH_IMAGE061
和
Figure 220900DEST_PATH_IMAGE062
，并上传到区块链存储；
7．获得授权后，数据请求者B通过区块链请求数据搜索服务；
8．数据请求者B向查询节点的SGX发送加密的查询关键词
Figure DEST_PATH_IMAGE063
，该查询关键词w用于关键词检索；
9．数据请求者B通过链上合约获得
Figure 258257DEST_PATH_IMAGE064
，使用查询节点使用SGX对应的公钥
Figure DEST_PATH_IMAGE065
验证签名re，确认是查询节点对应的SGX发来的搜索结果，使用自己的私钥
Figure 382071DEST_PATH_IMAGE066
解密获得搜索结果
Figure DEST_PATH_IMAGE067
，生成其哈希值，校验搜索结果的完整性；
10．数据请求者B利用
Figure 932001DEST_PATH_IMAGE068
中不为0的存储哈希地址从数据存储方DS获得相对应的密文数据，最后使用密钥K解密获得相对应明文数据。
（二）区块链部分
实现数据资源发布、数据资源查询、搜索结果存储转发等功能，其具体执行如下过程：
1．接收数据拥有者A上传密文数据哈希值集合H、摘要ab和存储哈希地址addr等信息，发布数据，并加入数据资源目录；
2．数据请求者B通过区块链查询数据资源目录，查找到所需要的数据资源；
3．接收数据请求者B的数据使用请求，查询数据拥有者A授权信息，如果已授权，转至步骤5；否则，转发给数据拥有者A；
4．接收数据拥有者A的数据使用许可信息；
5．转发数据使用许可信息给数据请求者B；
6．接收数据请求者B的关键词查询服务，部署数据查询智能合约；
7．接收数据拥有者A上传的加密密钥
Figure DEST_PATH_IMAGE069
和
Figure 656112DEST_PATH_IMAGE070
，并进行存储；
8．接收查询节点的SGX通过链上合约发来的
Figure DEST_PATH_IMAGE071
，并进行存储；
9．查询节点通过智能合约从链上下载
Figure 746428DEST_PATH_IMAGE072
，验证签名re i 确认是计算节点i对应的SGX发来的搜索结果，聚合生成汇总结果
Figure DEST_PATH_IMAGE073
和
Figure 741060DEST_PATH_IMAGE074
；
10．搜索结果上链：查询节点使用SGX生成的私钥
Figure DEST_PATH_IMAGE075
对
Figure 258629DEST_PATH_IMAGE076
签名生成re，并将
Figure DEST_PATH_IMAGE077
存储在区块链上；
11.转发
Figure 470036DEST_PATH_IMAGE078
给数据请求者B。
（三）数据存储方DS
存储数据并返回存储哈希地址；根据计算节点对应SGX提供的存储哈希地址，将相应的密文数据传输给它；根据搜索结果中的存储哈希地址，将相应的密文数据传输给数据请求者B。
1．数据存储方DS接收数据拥有者A上传的s并进行验证，验证通过后存储C和H，最后返回数据存储哈希地址addr；否则返回验证失败，需要重新执行数据加密上传、外包数据存储步骤；
2．接收计算节点对应的SGX提供的存储哈希地址，传输对应的密文数据给它；
3.根据链上数据拥有者A的授权，接收数据请求者B发送的存储哈希地址，并发送对应的密文数据给数据请求者B。
（四）SGX部分
包括查询节点对应的SGX用于加密密钥和加密查询关键词的管理；n个计算节点对应的SGX用于在SGX可信执行环境中进行密文搜索操作，其具体执行如下过程：
1．查询节点对应的SGX通过智能合约从链上下载
Figure DEST_PATH_IMAGE079
，使用SGX生成的私钥
Figure 301726DEST_PATH_IMAGE080
解密获得
Figure DEST_PATH_IMAGE081
，使用计算节点i的SGX生成的公钥
Figure 416444DEST_PATH_IMAGE082
加密
Figure DEST_PATH_IMAGE083
生成
Figure 839335DEST_PATH_IMAGE084
，并将其通过链下智能合约发送给计算节点i对应的SGX；
2．查询节点对应的SGX通过智能合约从链上下载
Figure DEST_PATH_IMAGE085
，使用生成的私钥
Figure 803617DEST_PATH_IMAGE086
解密获得
Figure DEST_PATH_IMAGE087
，使用计算节点i对应的SGX生成的公钥
Figure 235736DEST_PATH_IMAGE088
加密w生成
Figure DEST_PATH_IMAGE089
，与第i个数据存储地址
Figure 939381DEST_PATH_IMAGE090
一起通过链下智能合约发送给计算节点i对应的SGX；
3．计算节点i对应的SGX通过智能合约获得密文数据集合c i 及其对应的哈希值h i ，重新生成密文哈希值并进行数据完整性验证；
4．计算节点i对应的SGX使用私钥
Figure DEST_PATH_IMAGE091
解密
Figure 2015DEST_PATH_IMAGE092
获对称密码算法的密钥
Figure DEST_PATH_IMAGE093
；
5．计算节点i对应的SGX使用密钥k i 解密密文数据c i 获得明文数据m i ；
6．计算节点i对应的SGX使用私钥
Figure 673167DEST_PATH_IMAGE094
解密
Figure DEST_PATH_IMAGE095
获得查询关键词
Figure 181682DEST_PATH_IMAGE096
；
7．计算节点i对应的SGX根据查询关键词w对明文数据m i 进行关键词检索操作；
8．若明文数据m i 中包含查询关键词w，则返回搜索结果
Figure DEST_PATH_IMAGE097
，否则返回搜索结果
Figure 520259DEST_PATH_IMAGE098
；
9．计算节点i对应的SGX将搜索结果
Figure DEST_PATH_IMAGE099
生成哈希值
Figure 301264DEST_PATH_IMAGE100
，再使用SGX生成的私钥
Figure DEST_PATH_IMAGE101
对其签名生成re i ，使用数据请求者B的公钥
Figure 662976DEST_PATH_IMAGE102
加密
Figure DEST_PATH_IMAGE103
生成
Figure 686164DEST_PATH_IMAGE104
，通过智能合约将
Figure 82510DEST_PATH_IMAGE105
发送给查询节点。
在更多实施例中，还提供：
一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例一中所述的方法。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例一中所述的方法。
实施例一中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
上述实施例提供的一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法及系统可以实现，具有广阔的应用前景。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (10)

1.一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法，其特征在于，包括：
数据拥有者将数据加密后的密文数据以及密文数据哈希值上传至数据存储方进行存储，并将数据相关信息上传至区块链，进行数据发布；
数据请求者在区块链上查询所需数据，并发出数据使用请求；获得数据拥有者的使用授权后，将加密后的查询关键词发送到查询节点的SGX执行关键词查询；其中，所述关键词查询采用在区块链上注册的若干计算节点和一个查询节点；所述计算节点和查询节点均具有自身对应的SGX可信执行环境，所述查询节点用于查询任务的接收和分发，所述计算节点用于执行关键词安全查询检索；所述查询节点将查询请求通过区块链智能合约同步至每个计算节点，通过智能合约获得每个计算节点的搜索结果，聚合后存储至区块链上；
数据请求者通过链上合约获得区块链上的搜索结果，并根据搜索结果中的存储哈希地址从数据存储方获得相应的密文数据，经解密后获得相应的明文数据。
2.如权利要求1所述的一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法，其特征在于，所述查询节点将查询请求通过区块链智能合约同步至每个计算节点，具体为：
查询节点对应的SGX通过智能合约从链上下载加密后的数据加密密钥，并通过相应加解密处理后通过链下智能合约发送到计算节点对应的SGX；
查询节点对应的SGX通过智能合约从链上下载加密后的查询关键词，经相应加解密处理后与其对应的数据存储地址通过链下智能合约发送至计算节点对应的SGX。
3.如权利要求1所述的一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法，其特征在于，所述通过智能合约获得每个计算节点的搜索结果，聚合后存储至区块链上，具体为：每个计算节点对应的SGX将搜索结果生成哈希值、使用对应的SGX生成的私钥对所述搜索结果进行签名以及使用数据请求者的公钥对搜索结果进行加密获得加密后的搜索结果，并通过智能合约将搜索结果、搜索结果的哈希值以及加密后的搜索结果通过智能合约发送给查询节点；查询节点对于来自每个计算节点的搜索结果进行验证，并聚合生成汇总结果。
4.如权利要求1所述的一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法，其特征在于，所述计算节点用于执行关键词安全查询检索，具体为：
计算节点对应的SGX通过智能合约获得其对应的密文数据及密文数据哈希值，并通过解密处理获得对称密码算法的密钥；
计算节点对应的SGX使用对称密码算法的密钥对密文数据进行解密，获得明文数据；并通过相应解密处理获得查询关键词；
计算节点对应的SGX基于所述查询关键词在明文数据中进行检索，若明文数据中包含查询关键词，则返回数据存储地址，否则，返回0。
5.如权利要求1所述的一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法，其特征在于，所述数据拥有者、数据请求者与查询节点对应的SGX之间利用远程认证机制实现双向身份认证，确定查询节点对应SGX身份真实性。
6.如权利要求1所述的一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法，其特征在于，所述数据加密后的密文数据采用对称密码算法进行加密。
7.如权利要求1所述的一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法，其特征在于，所述数据相关信息包括密文数据哈希值、数据摘要及存储哈希地址信息。
8.一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索系统，其特征在于，包括数据拥有者、数据请求者、数据存储方、区块链及SGX；其中：
数据拥有者，其被配置为将数据加密后的密文数据以及密文数据哈希值上传至数据存储方进行存储，并将数据相关信息上传至区块链，进行数据发布；
数据请求者，其被配置为在区块链上查询所需数据，并发出数据使用请求；获得数据拥有者的使用授权后，将加密后的查询关键词发送到查询节点的SGX执行关键词查询；其中，所述关键词查询采用在区块链上注册的若干计算节点和一个查询节点；所述计算节点和查询节点均具有自身对应的SGX可信执行环境，所述查询节点用于查询任务的接收和分发，所述计算节点用于执行关键词安全查询检索；所述查询节点将查询请求通过区块链智能合约同步至每个计算节点，通过智能合约获得每个计算节点的搜索结果，聚合后存储至区块链上；
以及，通过链上合约获得区块链上的搜索结果，并根据搜索结果中的存储哈希地址从数据存储方获得相应的密文数据，经解密后获得相应的明文数据。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7任一项所述的一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的一种基于区块链和SGX的外包数据密文搜索方法。
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