CN116132112B - 一种基于联盟链智能合约的关键字可加密搜索方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于联盟链智能合约的关键字可加密搜索方法，包括：使用对称加密算法对数据拥有者的数据文件进行加密，并将加密后的数据文件上传至云存储服务器，并获取所述加密后的数据文件在所述云存储服务器的唯一地址标识符；从所述加密前的数据文件中抽取关键字，并利用预设的单向哈希布隆过滤器算法将关键字索引化，生成安全索引；将所述唯一地址标识符和所述安全索引上传至联盟链网络，根据认证请求对数据请求者进行身份认证，在认证通过后发送秘密参数给数据请求者，以使得所述数据请求者利用根据所述秘密参数和搜索请求中的至少一个关键字加密生成的查询陷门在所述联盟链网络上进行搜索。

Description

一种基于联盟链智能合约的关键字可加密搜索方法

技术领域

本发明涉及联盟链智能合约与可加密搜索领域，具体涉及一种基于联盟链智能合约的关键字可加密搜索方法。

背景技术

在大数据时代，数据分析和预测行为可能会侵犯相关用户的隐私，导致隐私信息在网络上公开传播，威胁着用户的人身财产安全。对数据进行加密是保护数据安全最有效的方法，数据拥有者可以将加密后的数据存储到云数据库，但如何对密文进行检索并共享成为一个亟待解决的问题。为了解决密文检索这难题，兴起了可搜索加密研究的热潮。可搜索加密技术是在保护数据安全的情况下，数据请求者可以访问感兴趣的数据，这一技术促进了数据共享的进一步发展。在云数据共享中，数据拥有者将数据中提取出的关键字进行加密，生成一个关键字索引，与密文数据同时上传到云数据库。当数据请求者想要访问某一数据时，需要生成一个关键字陷门并发送给云服务器，然后云服务器将陷门与库中的索引进行匹配，并将匹配成功的密文数据返回给数据请求者。所以利用可搜索加密技术，不仅可以解决密文检索的难题，还可以保护用户的查询隐私。

云服务器作为一个第三方用户，为了个人利益可能会损害用户的利益，比如，为了获取更大的利益，企图知道数据拥有者的数据隐私或数据请求者的查询隐私；为了节省数据的存储和管理成本，私自删除极少访问的数据；为了节约计算资源，不执行数据检索或只执行部分数据检索，从而返回给数据请求者不正确或不完整的检索结果。因此，很难在现实生活中找到一个完全可信的第三方用户。很难在现实生活中找到一个完全可信的第三方用户。2008年,Satoshi Nakamoto首次提出比特币这一概念，由于比特币系统具有用户可匿名、交易公开透明、不可篡改和可追溯的特点，受到各行各业的广泛关注，而区块链作为实现比特币系统的一项关键技术，成为了研究者们的研究热点。利用区块链代替云数据共享方案中的可信第三方，可以对检索结果进行公平验证，保证检索结果的正确性和完性。

现有技术的问题在于：查询数据时对查询的数据关键字泄露，查询结果不可信。

发明内容

针对背景技术中提出的现有技术的不足，本发明设计了一种具有针对防止搜索关键字数据泄露和确保结果的正确性。该方法通过使用布隆过滤器将提取的关键字索引集合转换为二进制向量并进行置换，并将该方法置于联盟链的智能合约当中，有效的防止了对关键字索引的统计分析和搜索数据泄露，确保查询结果的正确性。

本发明提供如下技术方案：一种基于联盟链智能合约的关键字可加密搜索方法，包括：

使用对称加密算法对数据拥有者的数据文件进行加密，并将加密后的数据文件上传至云存储服务器，并获取所述加密后的数据文件在所述云存储服务器的唯一地址标识符；

从所述加密前的数据文件中抽取关键字，并利用预设的单向哈希布隆过滤器算法将关键字索引化，生成安全索引；

将所述唯一地址标识符和所述安全索引上传至联盟链网络，根据认证请求对数据请求者进行身份认证，在认证通过后发送秘密参数给数据请求者，以使得所述数据请求者利用根据所述秘密参数和搜索请求中的至少一个关键字加密生成的查询陷门在所述联盟链网络上进行搜索。

优选的，从所述加密前的数据文件中抽取关键字，并利用预设的单向哈希布隆过滤器算法对所述关键字进行加密运算，生成安全索引，包括：

根据所述关键字生成关键字集合；

并根据随机生成的临时密钥对所述关键字集合中的所有关键字进行加密运算，并在单向哈希布隆过滤器中对级联后的关键字在哈希运算计算的位置进行填充得到所述安全索引。

优选的，在生成安全索引之后，还包括：

根据从所述加密前的数据文件中抽取的新关键字生成新关键字集合

对所述新关键字集合创建新安全索引，并利用所述新安全索引对所述数据文件的安全索引进行更新。

优选的，在使用数据拥有者的数据文件即加密后的数据文件之前，还包括：

对所述数据请求者用户进行身份验证；

在所述数据请求者用户验证通过后，根据所述数据拥有者的共享参数生成秘密参数和搜索请求中的至少一个关键字生成查询陷门。

优选的，其特征在于，所述陷门索引为：

安全索引生成的具体实现步骤如下：

对数据文件D_i构造布隆过滤器假设数据文件D_i包含关键字/> W为关键字集合，i为数据文件的序号，m为关键字的序号，p表示为关键字的最多个数，对数据文件D_i中包含的每个关键字/>计算关键字陷门/> r为关键字陷门的个数，kr表示为伪随机数，使用数据文件的标识符FID来混淆结果:y₁＝f(FID_i，x₁)，y₂＝f(FID_i，x₂)，...，y_r＝f(FID_i，x_r)；将结果y₁，y₂，...，y_r，插入布隆过滤器形成/>并形成安全索引/>

定义G₁和G₂是两个乘法循环群，q是他们的合数阶，g₁为G₁的一个生成元，e：G₁×G₂—>G₂为双线性映射，L为安全参数，H:{0,1}*—>Z*_p是一个安全的哈希函数简写为H()，q₁和q₂是两个L位的素数，且q＝q₁·q₂；u属于Z*_p中的一个随机数，q₁u是通过推导陷门计算公式的结果产物，Z*_p为模p的有限域；

对所有数据文件构造完安全索引后，发送给云服务器，计算公式如下：

查询陷门生成具体实现步骤如下：

数据请求者根据秘密参数K_BF和搜索关键字w(w∈W)构造查询陷门，数据请求者随机选取t，t与z属于/>的随机数，并计算t的逆t^-1；

最终数据请求者通过公式(2)可以得到w的查询陷门T_w＝(T₁，T₂，T₃)，将得到的查询陷门T_w广播到联盟链当中去，计算公式如下：

T_w＝(x₁,x₂,…,x_r),x₁＝f(w,k₁),x₂＝f(w,k₂),…,x_r＝f(w,k_r) (2)

T_w＝(T₁,T₂,T₃)＝(x₁,x₂,x₃),x₁＝f(w,k₁),x₂＝f(w,k₂),x₃＝f(w,k₃) (3)

优选的，安全索引与查询陷门匹配智能合约查询数据信息具体实现步骤如下：联盟链接收数据请求者发送的查询陷门T_w后，对I中的每一个安全索引I_i计算y₁＝f(FID_i，x₁)，y₂＝f(FID_i，x₂)，...，y_r＝f(FID_i，x_r)并判断布隆过滤器中位置y₁，y₂，...，y_r，是否都为1，若是则匹配成功调用权限智能合约，验证用户权限，否则返失败给数据请求者，计算公式如下：

其中，I为所有数据文件的安全索引,v(_DU)是对查询陷门进行计算转换之后的结果，为了方便与后文安全索引进行方便匹配，e(I,₃)是对安全索引进行计算转换之后的结果，为了方便与上述查询陷门进行匹配。

本发明具备以下有益效果：

1、防止搜索信息泄露：通过布隆过滤器将关键字映射为二进制向量在通过置换将二进制向量进行混淆，将验证与匹配由云服务器应道联盟链的智能合约当中，有效地防止搜索的关键字信息泄露并且同时保证了链下数据的安全和防止云服务器的不诚实行为。

2、确保查询结果的正确性：利用智能合约的特性，将关键字的查询匹配算法嵌入其中，只能合约的执行不被合约外的操作干扰，可以保证关键字索引不被篡改和查询结果的正确性。

附图说明

图1为一种基于联盟链智能合约的关键字可加密搜索方法的框架图。

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。

请参阅图1，本发明揭示了一种基于联盟链智能合约的关键字可加密搜索方法，包括：使用对称加密算法对数据拥有者的数据文件进行加密，并将加密后的数据文件上传至云存储服务器，并获取所述加密后的数据文件在所述云存储服务器的唯一地址标识符；

从所述加密前的数据文件中抽取关键字，并利用预设的单向哈希布隆过滤器算法将关键字索引化，生成安全索引；

将所述唯一地址标识符和所述安全索引上传至联盟链网络，根据认证请求对数据请求者进行身份认证，在认证通过后发送秘密参数给数据请求者，以使得所述数据请求者利用根据所述秘密参数和搜索请求中的至少一个关键字加密生成的查询陷门在所述联盟链网络上进行搜索。

为了对本发明有个更清楚的认识，关于一种基于联盟链智能合约的关键字可加密搜索方法的具体实施场景举例说明如下。

实施例

在需要将电子病历单共享给医生的场景下，在患者进行就医的时候，医生可能需要了解到患者的以往病史或者其他患者的类似病历的治疗方案，可能对患病史进行查看或者需要对某种病史的用药情况，检查数据，治疗方案等进行查看，通过查看可以作为依据来确定本次的治疗方案。这些数据可能由患者或者其他的医院存储，医生在进行搜索关键的信息时可以通过索引与陷门匹配机制来避免搜索数据泄露，因为只有权限得到满足的医生才可以获得相关数据，防止攻击者冒充医生来窃取数据进行不法活动。当查询到数据时医生就可以通过持有相关证明到服务器上下载查看数据，如果云服务没有相关数据就可以判定数据库出现恶意行为。数据的持有者需要及时向服务器问责并且纠正。

数据的持有方不仅可以减少对数据的重复加密操作而且保证了链下数据的安全性，数据的请求方在查询相关数据时既保护了查询隐私又保证了查询到的链下数据的可靠性。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于联盟链智能合约的关键字可加密搜索方法，其特征在于，包括：

S1、使用对称加密算法对数据拥有者的数据文件进行加密，并将加密后的数据文件上传至云存储服务器，并获取所述加密后的数据文件在所述云存储服务器的唯一地址标识符；

S2、从所述加密前的数据文件中抽取关键字，并利用预设的单向哈希布隆过滤器算法将关键字索引化，生成安全索引；

S3、将所述唯一地址标识符和所述安全索引上传至联盟链网络，根据认证请求对数据请求者进行身份认证，在认证通过后发送秘密参数给数据请求者，以使得所述数据请求者利用根据所述秘密参数和搜索请求中的至少一个关键字加密生成的查询陷门在所述联盟链网络上进行搜索；

所述步骤S2中的从所述加密前的数据文件中抽取关键字，并利用预设的单向哈希布隆过滤器算法将关键字索引化，生成安全索引，包括：

S21、根据所述关键字生成关键字集合；

S22、并根据随机生成的临时密钥对所述关键字集合中的所有关键字进行加密运算，并在单向哈希布隆过滤器中对级联后的关键字在哈希运算计算的位置进行填充得到所述安全索引；

在生成所述安全索引之后，还包括：根据从所述加密前的数据文件中抽取的新关键字生成新关键字集合，对所述新关键字集合创建新安全索引，并利用所述新安全索引对所述数据文件的安全索引进行更新；

在使用数据拥有者的数据文件即加密后的数据文件之前，还包括：对所述数据请求者用户进行身份验证；在所述数据请求者用户验证通过后，根据所述数据拥有者的共享参数生成秘密参数和搜索请求中的至少一个关键字生成查询陷门；

所述安全索引生成的具体实现步骤如下：

对数据文件D_i构造布隆过滤器假设数据文件D_i包含关键字/> W为关键字集合，i为数据文件的序号，m为关键字的序号，p表示为关键字的最多个数，对数据文件D_i中包含的每个关键字/>计算关键字陷门/> r为关键字陷门的个数，kr表示为伪随机数，使用数据文件的标识符FID来混淆结果:y₁＝f(FID_i，x₁)，y₂＝f(FID_i，x₂)，...，y_r＝f(FID_i，x_r)；将结果y₁，y₂，...，y_r，插入布隆过滤器形成/>并形成安全索引/>

定义G₁和G₂是两个乘法循环群，q是他们的合数阶，g₁为G₁的一个生成元，e：G₁×G₂—>G₂为双线性映射，L为安全参数，H:{0,1}*—>Z*_p是一个安全的哈希函数简写为H()，q₁和q₂是两个L位的素数，且q＝q₁·q₂；u属于Z*_p中的一个随机数，q₁u是通过推导陷门计算公式的结果产物，Z*_p为模p的有限域；

对所有数据文件构造完安全索引后，发送给云服务器，计算公式如下：

查询陷门生成具体实现步骤如下：

数据请求者根据秘密参数K_BF和搜索关键字w(w∈W)构造查询陷门，数据请求者随机选取t，t与z属于/>的随机数，并计算t的逆t^-1；

最终数据请求者通过公式(2)得到w的查询陷门T_w＝(T₁，T₂，T₃)，将得到的查询陷门T_w广播到联盟链当中去，计算公式如下：

T_w＝(x₁,x₂,…,x_r),x₁＝f(w,k₁),x₂＝f(w,k₂),…,x_r＝f(w,k_r) (2)

T_w＝(T₁,T₂,T₃)＝(x₁,x₂,x₃),x₁＝f(w,k₁),x₂＝f(w,k₂),x₃＝f(w,k₃) (3)

安全索引与查询陷门匹配智能合约查询数据信息具体实现步骤如下：联盟链接收数据请求者发送的查询陷门T_w后，对I中的每一个安全索引I_i计算y₁＝f(FID_i，x₁)，y₂＝f(FID_i，x₂)，...，y_r＝f(FID_i，x_r)并判断布隆过滤器中位置y₁，y₂，...，y_r，是否都为1，若是则匹配成功调用权限智能合约，验证用户权限，否则返失败给数据请求者，计算公式如下：

其中，I为所有数据文件的安全索引,v(T_DU)是对查询陷门进行计算转换之后的结果,e(I,T₃)是对安全索引进行计算转换之后的结果。