CN117614612A - 一种保护隐私的多方数据统计方法 - Google Patents

一种保护隐私的多方数据统计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种保护隐私的多方数据统计方法，包括：第一方、第二方分别采用密钥k1、k2对各自的用户标识加密得到标识密文，采用公钥pk对各自用户标识对应的特征值进行同态加密得到特征密文，将标识密文与对应的特征密文拼接得到第一拼接密文并发送给对方；第一方采用密钥k1将第二方发送的第一拼接密文二次加密得到第二拼接密文并打乱顺序后发送给第二方；第二方采用密钥k2将第一方发送的第一拼接密文二次加密得到第三拼接密文，对第二拼接密文、第三拼接密文中的标识密文进行求交得到交集，将交集内元素对应的特征密文相加得到密文统计值并发送给第一方，第一方解密出结果。本发明在保护各方数据隐私的前提下进行数据统计，避免了数据泄露。

Description

一种保护隐私的多方数据统计方法
技术领域
本发明涉及加密技术领域，尤其涉及一种保护隐私的多方数据统计方法。
背景技术
随着计算机技术和互联网技术的发展，大数据分析已经成为了相关领域进行业务处理的重要技术手段。由于不同的数据方往往拥有的数据也并不相同，为了充分挖掘数据价值，在现有技术中经常需要多数据方合作，进行数据的联合统计分析，尤其在集团性企业或者同业跨机构内，更是普遍存在需要多方联合起来做数据统计的需求。由于各方的数据都是机密的，在做联合统计时，各方都需要保护自己的数据，不能泄露给其他方，这为多方的联合统计带来了很大的困难。
目前，第一方、第二方需要做联合数据统计的方法为：先对第一方持有的用户标识、第二方持有的用户标识进行隐私集合求交，得到交集，第一方找出交集内的用户标识对应的特征值并求和得到第一统计值，第二方找出交集内的用户标识对应的特征值并求和得到第二统计值，最后将第一统计值、第二统计值相加得到统计结果。该方法没有暴露双方交集外的用户信息及双方持有的特征值信息，一定程度上保护了用户隐私，但是暴露了交集信息，还是泄漏了一部分双方的隐私数据。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供了一种保护隐私的多方数据统计方法，其能够在保护各方数据隐私的前提下进行数据统计，有效避免了数据泄露。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明的一种保护隐私的多方数据统计方法，所述多方包括第一方和第二方，第一方拥有同态加密的公钥pk、私钥sk，第二方拥有同态加密的公钥pk，包括以下步骤：
S1：第一方采用密钥k1、第二方采用密钥k2分别对各自持有的用户标识进行加密得到对应的标识密文，第一方、第二方分别采用公钥pk对各自持有的用户标识对应的特征值进行同态加密得到对应的特征密文，将同个用户标识对应的标识密文、特征密文进行拼接得到对应的第一拼接密文并发送给对方；
S2：第一方采用密钥k1将第二方发送的第一拼接密文中的标识密文二次加密得到第二拼接密文，将所有第二拼接密文打乱顺序后发送给第二方；
S3：第二方采用密钥k2将第一方发送的第一拼接密文中的标识密文二次加密得到第三拼接密文，对所有第二拼接密文、第三拼接密文中二次加密后的标识密文进行求交，得到交集，将具有交集内元素的第二拼接密文、第三拼接密文中的特征密文采用同态加法相加得到密文统计值并发送给第一方；
S4：第一方采用私钥sk对密文统计值进行解密，得到明文统计值。
在本方案中，第一方持有的用户标识先经过密钥k1一次加密，再经过密钥k2二次加密，第一方持有的用户标识先经过密钥k2一次加密，再经过密钥k1二次加密，如果第一方持有的某个用户标识与第二方持有的某个用户标识一致，则这两个用户标识经过二次加密后的结果也一致。由于第一方不知道密钥k2、第二方不知道密钥k1，所以双方都不会泄漏各自的数据隐私。
由于第一方将第二拼接密文打乱顺序后再发送给第二方，所以第二方不能反推出交集对应的明文信息，而第二方没有私钥sk，也无法对特征密文、密文统计值进行解密。第一方虽然持有私钥sk，但求交操作由第二方执行，第一方即使解密出特征值也无法知道特征值是属于具体哪个用户的。最终，第一方用私钥sk对第二方发送的密文统计值进行解密得到明文统计值，整个数据统计过程中，双方没有泄露任何数据隐私，有效避免了数据泄露。
作为优选，所述步骤S1包括以下步骤：
第一方采用密钥k1对自身持有的用户标识进行加密得到对应的标识密文，采用公钥pk对用户标识对应的特征值进行同态加密得到对应的特征密文，将同个用户标识对应的标识密文、特征密文进行拼接得到对应的第一拼接密文并发送给第二方；
第二方采用密钥k2对自身持有的用户标识进行加密得到对应的标识密文，采用公钥pk对用户标识对应的特征值进行同态加密得到对应的特征密文，将同个用户标识对应的标识密文、特征密文进行拼接得到对应的第一拼接密文并发送给第一方。
作为优选，所述第一方持有n个用户标识，依次记为X1、X2……Xn，1≤i≤n，Xi表示第一方持有的第i个用户标识，第一方将用户标识Xi对应的标识密文XCi、特征密文XEi进行拼接得到对应的第一拼接密文XFi的公式如下：；
所述第二方持有m个用户标识，依次记为Y1、Y2……Ym，1≤j≤m，Yj表示第二方持有的第j个用户标识，第二方将用户标识Yj对应的标识密文YCj、特征密文YEj进行拼接得到对应的第一拼接密文YFj的公式如下：。
作为优选，所述第一方采用密钥k1对用户标识Xi进行加密得到对应的标识密文XCi的公式如下：，N为大素数；
所述第二方采用密钥k2对用户标识Yj进行加密得到对应的标识密文YCj的公式如下：。
作为优选，所述第一方采用密钥k1将第二方发送的第一拼接密文YFj中的标识密文YCj二次加密得到第二拼接密文YGj的方法如下：
第一方找到标识密文YCj在第一拼接密文YFj中的位置，采用密钥k1对标识密文YCj进行二次加密得到新的标识密文YDj，公式如下：
，
标识密文YDj与特征密文YEj拼接成第二拼接密文YGj，。
作为优选，所述第二方采用密钥k2将第一方发送的第一拼接密文XFi中的标识密文XCi二次加密得到第三拼接密文XGi的方法如下：
第二方找到标识密文XCi在第一拼接密文XFi中的位置，采用密钥k2对标识密文XCi进行二次加密得到新的标识密文XDi，公式如下：
，
标识密文XDi与特征密文XEi拼接成第三拼接密文XGi，。
作为优选，所述步骤S3中第二方对所有第二拼接密文、第三拼接密文中二次加密后的标识密文进行求交，得到交集的方法如下：
第二方将所有第二拼接密文中二次加密后的标识密文取出组成第二数据集，将所有第三拼接密文中二次加密后的标识密文取出组成第三数据集，对第二数据集、第三数据集求交，得到交集。
作为优选，所述步骤S3中第二方将具有交集内元素的第二拼接密文、第三拼接密文中的特征密文采用同态加法相加得到密文统计值的方法如下：
第二方找出交集内元素对应的所有第二拼接密文，将找出的第二拼接密文中的特征密文取出放入待统计集合，找出交集内元素对应的所有第三拼接密文，将找出的第三拼接密文中的特征密文取出放入待统计集合，将待统计集合内的所有特征密文采用同态加法相加得到密文统计值。
作为优选，所述步骤S2中第一方采用shuffle算法将所有第二拼接密文打乱顺序。
作为优选，所述第一方采用密钥生成器随机生成密钥k1，所述第二方采用密钥生成器随机生成密钥k2。
本发明的有益效果是：能够在保护各方数据隐私的前提下进行数据统计，有效避免了数据泄露。
附图说明
图1是实施例的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种保护隐私的多方数据统计方法，多方包括第一方和第二方，第一方拥有同态加密的公钥pk、私钥sk，第二方拥有同态加密的公钥pk，第一方持有n个用户标识，依次记为X1、X2……Xn，1≤i≤n，Xi表示第一方持有的第i个用户标识，第二方持有m个用户标识，依次记为Y1、Y2……Ym，1≤j≤m，Yj表示第二方持有的第j个用户标识，如图1所示，包括以下步骤：
S1：第一方采用密钥生成器随机生成密钥k1，第二方采用密钥生成器随机生成密钥k2；
第一方采用密钥k1对自身持有的每个用户标识进行加密得到对应的标识密文，采用公钥pk对每个用户标识对应的特征值进行同态加密得到对应的特征密文，将同个用户标识对应的标识密文、特征密文进行拼接得到对应的第一拼接密文并发送给第二方；
第一方采用密钥k1对用户标识Xi进行加密得到对应的标识密文XCi的公式如下：，N为大素数；
第一方将用户标识Xi对应的标识密文XCi、特征密文XEi进行拼接得到对应的第一拼接密文XFi的公式如下：；
第二方采用密钥k2对自身持有的每个用户标识进行加密得到对应的标识密文，采用公钥pk对每个用户标识对应的特征值进行同态加密得到对应的特征密文，将同个用户标识对应的标识密文、特征密文进行拼接得到对应的第一拼接密文并发送给第一方；
第二方采用密钥k2对用户标识Yj进行加密得到对应的标识密文YCj的公式如下：；
第二方将用户标识Yj对应的标识密文YCj、特征密文YEj进行拼接得到对应的第一拼接密文YFj的公式如下：；
S2：第一方采用密钥k1将第二方发送的第一拼接密文中的标识密文二次加密得到对应的第二拼接密文，采用shuffle算法将所有第二拼接密文打乱顺序后发送给第二方；
第一方采用密钥k1将第二方发送的第一拼接密文YFj中的标识密文YCj二次加密得到对应的第二拼接密文YGj的方法如下：
第一方找到标识密文YCj在第一拼接密文YFj中的位置，采用密钥k1对标识密文YCj进行二次加密得到新的标识密文YDj，公式如下：
，
标识密文YDj与特征密文YEj拼接成第二拼接密文YGj，；
S3：第二方采用密钥k2将第一方发送的第一拼接密文中的标识密文二次加密得到对应的第三拼接密文，对所有第二拼接密文、第三拼接密文中二次加密后的标识密文进行求交，得到交集，将具有交集内元素的第二拼接密文、第三拼接密文中的特征密文采用同态加法相加得到密文统计值并发送给第一方；
第二方采用密钥k2将第一方发送的第一拼接密文XFi中的标识密文XCi二次加密得到对应的第三拼接密文XGi的方法如下：
第二方找到标识密文XCi在第一拼接密文XFi中的位置，采用密钥k2对标识密文XCi进行二次加密得到新的标识密文XDi，公式如下：
，
标识密文XDi与特征密文XEi拼接成第三拼接密文XGi，；
S4：第一方采用私钥sk对密文统计值进行解密，得到明文统计值。
步骤S3中第二方对所有第二拼接密文、第三拼接密文中二次加密后的标识密文进行求交，得到交集的方法如下：
第二方将所有第二拼接密文中二次加密后的标识密文取出组成第二数据集，将所有第三拼接密文中二次加密后的标识密文取出组成第三数据集，对第二数据集、第三数据集求交，得到交集。
步骤S3中第二方将具有交集内元素的第二拼接密文、第三拼接密文中的特征密文采用同态加法相加得到密文统计值的方法如下：
第二方找出交集内元素对应的所有第二拼接密文，将找出的第二拼接密文中的特征密文取出放入待统计集合，找出交集内元素对应的所有第三拼接密文，将找出的第三拼接密文中的特征密文取出放入待统计集合，将待统计集合内的所有特征密文采用同态加法相加得到密文统计值。
在本方案中，用户标识可以是身份证号、手机号等。N为2048位的大素数。
第一方持有的用户标识先经过密钥k1一次加密，再经过密钥k2二次加密，第一方持有的用户标识先经过密钥k2一次加密，再经过密钥k1二次加密，如果第一方持有的用户标识Xi与第二方持有的用户标识Yj一致，即Xi=Yj，则根据加密公式：
，
，
可以看出XDi=YDj。
所以第二方对所有第二拼接密文、第三拼接密文中二次加密后的标识密文进行求交，得到的交集对应的明文就是第一方持有的用户标识与第二方持有的用户标识的交集，由于第一方不知道密钥k2、第二方不知道密钥k1，所以双方都不会泄漏各自的数据隐私。
由于第一方将第二拼接密文打乱顺序后再发送给第二方，所以第二方不能反推出交集对应的明文信息，而第二方没有私钥sk，也无法对特征密文、密文统计值进行解密。第一方虽然持有私钥sk，但求交操作由第二方执行，第一方即使解密出特征值也无法知道特征值是属于具体哪个用户的。
最后，第二方将具有交集内元素的第二拼接密文、第三拼接密文中的特征密文采用同态加法相加得到密文统计值，由于没有私钥sk，无法获得密文统计值的明文，由第一方用私钥sk对第二方发送的密文统计值进行解密得到明文统计值，整个数据统计过程中，双方没有泄露任何数据隐私，有效避免了数据泄露。
举例说明：
A公司、B公司需要统计共同用户的消费总金额，A公司作为第一方，B公司作为第二方，第一方拥有同态加密的公钥pk、私钥sk，第二方拥有同态加密的公钥pk。
第一方持有的4个用户数据，分别为：(用户标识2,消费金额12)，(用户标识3,消费金额13)，(用户标识4,消费金额14)，(用户标识5,消费金额15)；
第二方持有的4个用户数据，分别为：(用户标识2,消费金额22)，(用户标识3,消费金额23)，(用户标识6,消费金额26)，(用户标识7,消费金额27)。
第一方采用密钥k1对自身持有的用户标识进行加密得到对应的标识密文，采用公钥pk对用户标识对应的特征值进行同态加密得到对应的特征密文，将同个用户标识对应的标识密文、特征密文进行拼接得到对应的第一拼接密文并发送给第二方，4个第一拼接密文依次为：，/>，，/>，Enc(x)表示采用公钥pk对数据x进行同态加密得到的密文；
第二方采用密钥k2对自身持有的用户标识进行加密得到对应的标识密文，采用公钥pk对用户标识对应的特征值进行同态加密得到对应的特征密文，将同个用户标识对应的标识密文、特征密文进行拼接得到对应的第一拼接密文并发送给第一方，4个第一拼接密文依次为：，/>，，/>。
第一方采用密钥k1将第二方发送的4个第一拼接密文中的标识密文二次加密得到第二拼接密文，将4个第二拼接密文打乱顺序后如下：，，/>，，将打乱顺序后的4个第二拼接密文发送给第二方。
第二方采用密钥k2将第一方发送的第一拼接密文中的标识密文二次加密得到第三拼接密文，4个第三拼接密文依次为：，，/>，；
对4个第二拼接密文、4个第三拼接密文中二次加密后的标识密文进行求交，得到交集，交集为，将Enc(22)、Enc(23)、Enc(12)、Enc(13)采用同态加法相加得到密文统计值Enc(70)并发送给第一方。
第一方采用私钥sk对密文统计值Enc(70)进行解密，得到明文统计值70，与明文计算结果一致。
上述整个数据统计过程中，第一方、第二方都没有泄露任何数据隐私，有效避免了数据泄露。

Claims (10)

1.一种保护隐私的多方数据统计方法，所述多方包括第一方和第二方，第一方拥有同态加密的公钥pk、私钥sk，第二方拥有同态加密的公钥pk，其特征在于，包括以下步骤：
S1：第一方采用密钥k1、第二方采用密钥k2分别对各自持有的用户标识进行加密得到对应的标识密文，第一方、第二方分别采用公钥pk对各自持有的用户标识对应的特征值进行同态加密得到对应的特征密文，将同个用户标识对应的标识密文、特征密文进行拼接得到对应的第一拼接密文并发送给对方；
S2：第一方采用密钥k1将第二方发送的第一拼接密文中的标识密文二次加密得到第二拼接密文，将所有第二拼接密文打乱顺序后发送给第二方；
S3：第二方采用密钥k2将第一方发送的第一拼接密文中的标识密文二次加密得到第三拼接密文，对所有第二拼接密文、第三拼接密文中二次加密后的标识密文进行求交，得到交集，将具有交集内元素的第二拼接密文、第三拼接密文中的特征密文采用同态加法相加得到密文统计值并发送给第一方；
S4：第一方采用私钥sk对密文统计值进行解密，得到明文统计值。
2.根据权利要求1所述的一种保护隐私的多方数据统计方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：
第一方采用密钥k1对自身持有的用户标识进行加密得到对应的标识密文，采用公钥pk对用户标识对应的特征值进行同态加密得到对应的特征密文，将同个用户标识对应的标识密文、特征密文进行拼接得到对应的第一拼接密文并发送给第二方；
第二方采用密钥k2对自身持有的用户标识进行加密得到对应的标识密文，采用公钥pk对用户标识对应的特征值进行同态加密得到对应的特征密文，将同个用户标识对应的标识密文、特征密文进行拼接得到对应的第一拼接密文并发送给第一方。
3.根据权利要求1所述的一种保护隐私的多方数据统计方法，其特征在于，所述第一方持有n个用户标识，依次记为X1、X2……Xn，1≤i≤n，Xi表示第一方持有的第i个用户标识，第一方将用户标识Xi对应的标识密文XCi、特征密文XEi进行拼接得到对应的第一拼接密文XFi的公式如下：；
所述第二方持有m个用户标识，依次记为Y1、Y2……Ym，1≤j≤m，Yj表示第二方持有的第j个用户标识，第二方将用户标识Yj对应的标识密文YCj、特征密文YEj进行拼接得到对应的第一拼接密文YFj的公式如下：。
4.根据权利要求3所述的一种保护隐私的多方数据统计方法，其特征在于，所述第一方采用密钥k1对用户标识Xi进行加密得到对应的标识密文XCi的公式如下：，N为大素数；
所述第二方采用密钥k2对用户标识Yj进行加密得到对应的标识密文YCj的公式如下：。
5.根据权利要求4所述的一种保护隐私的多方数据统计方法，其特征在于，所述第一方采用密钥k1将第二方发送的第一拼接密文YFj中的标识密文YCj二次加密得到第二拼接密文YGj的方法如下：
第一方找到标识密文YCj在第一拼接密文YFj中的位置，采用密钥k1对标识密文YCj进行二次加密得到新的标识密文YDj，公式如下：
，
标识密文YDj与特征密文YEj拼接成第二拼接密文YGj，。
6.根据权利要求4所述的一种保护隐私的多方数据统计方法，其特征在于，所述第二方采用密钥k2将第一方发送的第一拼接密文XFi中的标识密文XCi二次加密得到第三拼接密文XGi的方法如下：
第二方找到标识密文XCi在第一拼接密文XFi中的位置，采用密钥k2对标识密文XCi进行二次加密得到新的标识密文XDi，公式如下：
，
标识密文XDi与特征密文XEi拼接成第三拼接密文XGi，。
7.根据权利要求1所述的一种保护隐私的多方数据统计方法，其特征在于，所述步骤S3中第二方对所有第二拼接密文、第三拼接密文中二次加密后的标识密文进行求交，得到交集的方法如下：
第二方将所有第二拼接密文中二次加密后的标识密文取出组成第二数据集，将所有第三拼接密文中二次加密后的标识密文取出组成第三数据集，对第二数据集、第三数据集求交，得到交集。
8.根据权利要求7所述的一种保护隐私的多方数据统计方法，其特征在于，所述步骤S3中第二方将具有交集内元素的第二拼接密文、第三拼接密文中的特征密文采用同态加法相加得到密文统计值的方法如下：
第二方找出交集内元素对应的所有第二拼接密文，将找出的第二拼接密文中的特征密文取出放入待统计集合，找出交集内元素对应的所有第三拼接密文，将找出的第三拼接密文中的特征密文取出放入待统计集合，将待统计集合内的所有特征密文采用同态加法相加得到密文统计值。
9.根据权利要求1所述的一种保护隐私的多方数据统计方法，其特征在于，所述步骤S2中第一方采用shuffle算法将所有第二拼接密文打乱顺序。
10.根据权利要求1所述的一种保护隐私的多方数据统计方法，其特征在于，所述第一方采用密钥生成器随机生成密钥k1，所述第二方采用密钥生成器随机生成密钥k2。
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