JP2010205258A - 検索方法、検索装置、索引生成方法、索引生成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 索引エントリは、少なくとも検索項目に対応する検索項目識別子、1又は複数の検索情報から生成された1又は複数の索引項目、検索情報についての累積情報を有する。累積情報は、検索情報を含む情報の暗号文を累積し、あるいは検索情報を含む情報からマッピングすることにより取得されたデータを累積することにより生成される。検索時、索引項目と累積情報が検索者に提供される。検索者は索引項目から検索情報を抽出し、累積情報を使用して抽出された検索情報が完全かどうかを検証する。一例として、累積情報は暗号化された逆索引に組み込まれる。
【選択図】 図2
Description
図1に示すように、データ所有者の装置或いは端末、サービスプロバイダによって管理されるサーバおよび1以上の検索者の装置或いは端末が、通信ネットワークによって接続され、互いに通信することができる。データ所有者は、ファイルおよびそれらのファイルの索引をサーバに格納する。サーバは、検索者端末からの検索要求に応じて索引を使用することによりファイルの検索を実行し、検索者に検索結果を提供する。
例えば、データ所有者端末は、ストレージサーバ上にファイルを格納し、ストレージサーバと通信し合うファイル検索サーバ上に索引を格納する。説明を簡単にするために、説明と図面においてサービスを提供するそのような全ての装置を「サーバ」と呼ぶことにする。
データ所有者端末とサーバは、図において個別の装置として示されている。しかしながら、以下に説明するように、本発明におけるデータ所有者端末とサーバの両機能は、単一の装置によって実現できることを十分に理解できるであろう。
一般に、サーバは、データを格納し維持することが可能であり、また、端末によるデータの条件付きアクセスを可能にする、サービスプロバイダによって管理される単一の装置或いは装置の集合として実現される。
特に、本発明による解決方法においては、累積情報も、検索結果の完全性の証明のために索引エントリに含まれている。サーバは、また検索者に索引エントリ中の累積情報(Accumulator)を提供する。検索者は、累積情報の利用により検索結果が完全で正確かどうかを検証する。
以下の説明において、逆索引の利用を例として挙げる。しかしながら、本発明が、同様の方法で非逆索引に適用可能であることも言うまでもない。
図2に示すように、データ所有者端末100は主に検索項目識別情報生成ユニット101、索引項目生成ユニット102、累積情報生成ユニット103および索引形成ユニット104を含む。
例えば、データ所有者端末は、各ファイル内のキーワードを抽出し、検索項目としてそれらを採用する。あるいは、データ所有者が、端末への入力によって検索項目を手作業でセットする。
互いに異なるキーワードが、検索項目としてセットされれば、各検索項目(keyword) KWについて、検索項目識別子生成ユニット101が検索項目の対応する一意の識別子KLを生成する。
例えば、KLは次のように計算される。
KL = Hash(MEK||KW) (式1)
ここで、Hash()はハッシュ関数を表わす。MEKは特定のパラメータ(例えば、データ所有者の親鍵(マスターキー))である。
「||」は、事前に設定された順序の文字列あるいは数字の組合せを表わす。
あるいは、KL = E(EKey, KW)
ここで、EKeyは特定の鍵である。E(EKey, KW)は、EKeyによるKWの暗号化を表す。
例えば、逆索引においては、検索項目(キーワード)kWについて、キーワードkWを含む各ファイルのファイル名あるいは場所(あるいは、そのファイルに関する他の情報)が、検索項目に関する1つの検索情報としてセットされる。
例えば、検索項目kWについて、キーワードkWを含んでいるn個のファイルのファイル名は、検索項目kWに関するn個の検索情報I1, I2, …Inのようにセットされる。
1個の検索情報Ij (j=1, 2,…, n)について、索引項目生成ユニット102は索引項目FLjを生成する。
索引項目FLjは、例えば、検索情報Ijそのもの、あるいはある変換によって検索情報Ijが取得される何らかの値である。暗号化索引の利用において、索引項目FLjは情報Ijを含む暗号文データかもしれない。
例えば、索引項目FLjは以下のように計算される。
FLj = E(EKey, Ij||Key) (式2)
ここで、EKeyは特定の鍵である。Keyは、特定のパラメータ(例えば、ファイルを暗号化するのにデータ所有者によって使用される鍵)である。E(EKey, Ij||Key)は、EKeyによるIjとKeyの組合せの暗号化を表わす。
各検索情報を含む検索結果が完全かどうかを検索者端末が検証することができさえすれば、累積情報は様々な方法で生成することが可能である。
累積情報の演算は、排他的OR(XOR)演算、剰余演算(modular operation)および累積シグネチャ(Accumulation
signature)の具体例を用いて以下に説明する。
当業者は、累積情報を生成するために他のアルゴリズムを利用可能であることは十分に理解するであろう。
具体例1−XOR演算
set IC = 1
for j=1 to n
IC = (IC * Ij)
mod p
next j
set IC = 0
for j=1 to n
IC = (IC + Ij)
mod p
next j
具体例3−累積シグネチャ(Accumulation
signature)
parameter)があらかじめセットされると想定する。
大きな素数p、位数pの2つのグループG1とG2、G1とG2のジェネレータであるg1およびg2、p未満でpと互いに素であるすべての正整数の集合であるZp*、G1×G2→GTと定義される双線型写像(bilinear mapping)e
双線型写像は以下の特徴を有する。
(1)双線型性 (bilinearity)
全てのg1およびg2及びZp*に属する全てのaとbについて、
e(g1 a,
g2 b) = e(g1, g2)abの関係がある。
(2)非縮退(nondegeneracy)
g1=0 if e(g1, g2)
= 1 g2はG2に属する。
Gに対して{0,1}*をマッピングするハッシュ関数がセットされ、乱数KがZp*から選択される。秘密キーskがセットされる。
ここで、g2と乱数Kは検索者に公開される。そうでなければ、g2 Kが検索者に公開される。
set IC = 1
for j = 1 to n
IC = (IC * H(Ij)1/(sk+K))
mod p
next j
次に、索引形成ユニット104は、各索引エントリを含む索引を形成する。それぞれ異なる索引項目の累積が各累積情報を生成するため、乱数Kはそれぞれ別に選択される場合があることに留意すべきである。
検索者端末は、データ所有者から検索項目識別子を取得し、あるいは、データ所有者から検索項目識別子の計算に必要なデータを取得し、データ所有者端末で索引を形成する時に検索項目識別子を生成する方法に相当する方法によって検索項目識別子を計算する。
認証が必要である場合、サーバは、上述のルックアップを実行する前に検索者を認証することも可能である。サーバが一致する索引エントリを発見できず、あるいは検索者の認証に失敗すると、サーバは、否定的な結果を返却するか、あるいはエラー処理に移行し、検索者端末に通知を送信する。そのような状態において、検索者端末は、エラー手順を実行し、例えば、手順を再試行しあるいは終了する。
索引項目が検索情報の暗号文の形式であるか、あるいは変換によって検索情報が取得される値である場合、検索情報抽出ユニット302は対応する暗号解読あるいは変換によって検索情報を抽出する。暗号解読あるいは変換用に必要なパラメータは、データ所有者から取得することが可能である。
検索情報の利用については、本発明と直接関係しないので、対応するユニットあるいはモジュールは、図面に示しておらず、かつその詳細な説明も省略している。
しかしながら、特定の用途に応じて必要とする処理を実行するために、他の必要なユニットあるいはモジュールが追加されるであろうことは十分に理解されるべきである。
それらが一致すれば、検証が肯定的となり、そうでなければ、検証は否定的となる。幾つかの具体例を以下に示す。
…I'mを抽出すると仮定する。
累積情報が上記の式3に従って計算される場合、検証ユニット303は、
あるいは、累積情報が上記の式5に従って計算される場合、検証ユニット303は、
特に、検証ユニット303は、
関係が成り立てば、正確であると検証され、そうでなければ、検証は否定的となる。
上記の式4に従って計算された累積情報ICは、式8のように更新される。
ICupdated = (IC * Ia) mod p (式8)
上記の式5に従って計算された累積情報ICは、式9のように更新される。
ICupdated = (IC+Ia)
mod p (式9)
また、上記の式6に従って計算された累積情報ICは、式10のように更新される。
ICupdated = [IC * H(Ia)1/(sk+K)] mod p (式10)
まず、新たな公開乱数K'を選択し、次に、更新累積情報ICupdatedを以下のように計算する。
IC updated = [IC(sk+K) * H(Ia) mod p]1/(sk+K’) (式11)
上記の式3に従って計算された累積情報ICは、式12のように更新される。
上記の式4に従って計算された累積情報ICは、式13のように更新される。
ICupdated = (IC * Ib -1) mod p (式13)
上記の式5に従って計算された累積情報ICは、式14のように更新される。
ICupdated = (IC - Ib) mod p (式14)
また、上記の式6に従って計算された累積情報ICは、式15のように更新される。
ICupdated = [IC * H(Ib)-1/(sk+K)] mod p (式15)
まず、新たな公開乱数K'を選択し、次に、次に、更新累積情報ICupdatedを以下のように計算する。
IC updated = [IC(sk+K) * H(Ib)-1 mod p]1/(sk+K’) (式16)
そのような暗号化索引においては、データ所有者および権限を与えられた検索者を除いて、サーバを含む他の当事者は、索引項目を暗号化して検索情報を得ることができないし、暗号化処理のシミュレーションによって正確に解読することができる索引項目を取得することもできない。その結果、索引項目および累積情報の改ざんが防止される。
暗号化されたファイル名に基づいて、サーバは、格納された暗号化ファイルの中で一致するファイルを即座に発見し、要求者にそのファイルを提供する。
例えば、MEKがデータ所有者のマスターキーである場合、検索項目識別子はKL = Hash(MEK||KW)のように計算される。
FLj = E(EKey, Ij||Kfilej) (式17)
ここで、KfilejはファイルFILEjのための解読キーである。IjはファイルFILEjの暗号化されたファイル名である。EKeyは、索引項目を生成するための暗号鍵(データ所有者によってセットされる)である。また、E(EKey, Ij||Kfilej)は、IjとKfilejの組合せのEKeyによる暗号化を表わす。
サーバは、受信した検索項目識別子KLに従って、一致する索引エントリについて格納した暗号化索引を調べ、一致する索引エントリに含まれる累積情報ICだけでなく全ての索引項目FLjを検索者端末に返却する。
正確であると認定されれば、検索者端末は、それらの暗号化ファイル名Ijを利用する。例えば、対応する暗号化ファイル名を有する暗号化ファイルを引き出すためにサーバに対して暗号化ファイル名Ijを送信し、その後、対応するファイル解読鍵Kfilejで暗号化されたファイルを解読し、ファイルのプレーンテキストを取得する。検証が否定的であれば、上述したエラー処理を実行する。
例えば、Ij' = Ij||Xが、累積情報を計算するのに前述のIjの代わりに使用される。ここで、Xは予め設定された情報、例えば、上記の例におけるDKeyである。
また、Ij' = Ij||Xは、上記したXOR演算、剰余演算等によって累積情報を計算する式のIjの代わりに使用することが可能である。ここで、Xは予め設定された情報、例えば、上記の例におけるDKeyである。
索引を生成する場合、あるプライバシー・レベルで開示することが可能なファイルに関して、そのプライバシー・レベルの索引項目暗号鍵がそのファイルについて索引項目を生成するのに使用される。
このように、検索項目(キーワード)と関連する索引エントリに、異なるプライバシー・レベルの索引項目が存在することになる。このような場面においては、各プライバシー・レベルの索引項目について、累積情報が生成される。
すなわち、1つの検索項目に対応する索引エントリにおいて、ある1つのプライバシー・レベルの累積情報が、そのプライバシー・レベルの全ての索引項目に含まれる検索情報を累積することによって生成される。このようにして、異なるプライバシー・レベルの複数の累積情報が生成される。
検索時、検索者は、公開された索引項目解読キーDKeyで、サーバから受信したすべての索引項目のうち、同じプライバシー・レベルの索引項目暗号鍵EKeyを使用してもともと生成された検索項目を解読する。これにより、検索者は、そのプライバシー・レベルの検索項目に関する検索情報を取得することができる。
暗号解読の正確さの検証のために索引項目に所定のフラグを設定することもできる。例えば、索引項目を以下のように生成する。
FLj = E(EKey, FLAG||Ij||Kfilej) (式18)
ここで、FLAGは検索者に認識されているパラメータである。
これによって、解読された情報内における正しいFLAGの存在を検証することによって、検索者は、暗号解読が正確に実行されているかどうかを判定することができる。
検索者は、受信した索引エントリに含まれる複数累積情報を使用して検証を実行してもよい。そして、累積情報のいずれかの1つが正しいと確認されれば、検証は肯定的となる。
それは、計算された累積情報が異なるプライバシー・レベルの受信した累積情報と等しくなるという確率が非常に低いためである。
あるいは、索引エントリはセクションに分けられる。すなわち、同じプライバシー・レベルの索引項目は同じセクションに加えられる。その結果として、検索者は、どのセクションで索引項目が正確に解読されているかを判定することで、検証においてどの累積情報を使用するかを決定することができる。
あるいは、検索者が使用すべき正しい累積情報を決定するのを支援するために、各累積情報に付加情報(例えば、プライバシー・レベルを示すパラメータ)を付与することも可能である。
あるいは、サーバは、検索時に、検索者のプライバシー・レベルを判定する処理を実行し、次に、検索者のプライバシー・レベルに応じて対応するプライバシー・レベルの累積情報を検索者に返却する。そのような場合、受信した累積情報から累積情報を選択する処理は検索者にとって不要となる。
例えば、上記の説明では、逆索引の具体例について詳細に説明した。しかし、本発明を非可逆索引(non-inverted index)に適用することも可能である。さらに、例えば、上述した例における検索項目は、ファイル名あるいは暗号化されたファイル名でもよいし、また、検索情報は、ファイルに含まれるキーワードあるいは暗号化されたキーワード等でもよい。
非可逆索引において、累積情報は同様の方法で適用することが可能である。
さらに、上述した例では、索引エントリが少なくとも1つの検索項目識別子、索引項目および累積情報を含んでいる。しかしながら、特定のアプリケーションの要求によって他の必要な情報およびデータを索引エントリに追加することも可能である。
これらのユニットは、それらの間で信号を転送するために、バスあるいは他の信号ライン、あるいは無線によって接続することができる。しかしながら、各装置に含まれる構成要素は、上述したユニットに限定されないし、特定の構成については変更しあるいは差し替えることが可能である。各装置は、装置の操作者に対して情報を表示するための表示ユニット、操作者の入力を受け付ける入力ユニット、各ユニットの演算を制御する制御装置、他の記憶装置等のような、他のユニットを含むことも考えられる。それらの構成要素については、当業界において公知であるので詳細は説明しない。また、当業者であれば、上述した装置にそれらの構成要素を追加することは容易に理解するであろう。
さらに、上述したユニットは、図面において個別のブロックとして示しているけれども、どのユニットも1つの構成要素として他のものと組み合わせることが可能あるし、さらにいくつかの構成要素に分けることも可能である。
例えば、ある場合には、データ所有者端末として動作する新たな装置を作成する際にデータ所有者端末と検索者端末を組み合わせることも可能であるし、一方、他の場合には、検索者端末として検索を実行することができる新たな装置を作成する際にデータ所有者端末と検索者端末を組み合わせることも可能である。他の例としては、サーバとデータ所有者端末あるいは検索者端末を、それがアプリケーションでそれらの機能を代行すれば、互いに組み合わせることが可能である。また、異なる処理においてデータ所有者端末、検索者端末およびサーバとして機能する装置を作成することも可能である。
102:索引項目生成ユニット
103:累積情報生成ユニット
104:索引形成ユニット
301:検索要求ユニット
302:検索情報抽出ユニット
303:検証ユニット
Claims (36)
- 検索項目に対応する検索項目識別子を生成するステップと、
前記検索項目と関連する1以上の検索情報に従って1つ以上の索引項目を生成するステップと、
1以上の前記検索情報について累積情報を生成するステップと、
索引を形成するために少なくとも検索項目識別子、1つ以上の索引項目および累積情報を有する索引エントリを生成するステップと
を含むことを特徴とする索引生成方法。 - 前記累積情報の生成ステップが、集合署名、XOR演算および剰余演算の少なくとも1つによって1以上の情報を累積することを特徴とする請求項1に記載の索引生成方法。
- 前記検索項目がキーワードであり、前記検索情報が前記キーワードを含むファイルの暗号化されたファイル名であることを特徴とする請求項1に記載の索引生成方法。
- 前記検索項目識別子の生成ステップが、前記検索項目を含む情報の暗号文を生成し、又は、前記検索項目を含む情報からマッピングして取得されるデータを生成することを特徴とする請求項1に記載の索引生成方法。
- 前記索引項目の生成ステップが、前記検索情報を含む情報の暗号文を生成することを特徴とする請求項1に記載の索引生成方法。
- 前記索引項目の生成ステップが、索引項目暗号鍵で対応する前記検索情報を含む情報を暗号化することを特徴とする請求項1に記載の索引生成方法。
- 前記累積情報の生成ステップが、前記検索情報を含む情報の暗号文を累積し、又は、前記検索情報を含む情報からマッピングすることにより取得されるデータを累積することを特徴とする請求項1に記載の索引生成方法。
- 1の前記検索情報が追加され又は削除された場合に、前記累積情報を更新するステップをさらに有することを特徴とする請求項1に記載の索引生成方法。
- 前記累積情報は、
g2とKが公開され、あるいはg2 kが公開された場合、
検索情報Iaが追加される場合、累積情報を、
ICupdated = [IC(sk+K) * H(Ia) mod p]1/(sk+K’)
と更新し、K’あるいはg2 k’を公開し(ここで、K’はZp*内のKと異なる乱数)、
検索情報Ib が追加される場合、
[IC(sk+K) * H(Ib)-1 mod p]1/(sk+K’)
と更新し、K’あるいはg2 k’を公開する(ここで、K’はZp*内のKと異なる乱数)
ことを特徴とする請求項8に記載の索引生成方法。 - 検索項目に対応する検索項目識別子を生成する検索項目識別子生成ユニットと、
前記検索項目と関連する1以上の検索情報に従って1つ以上の索引項目を生成する索引項目生成ユニットと、
1以上の前記検索情報について累積情報を生成する累積情報生成ユニットと、
少なくとも検索項目識別子、1つ以上の索引項目および累積情報を有する索引エントリを生成して、索引を形成する索引形成ユニットと
を備えることを特徴とする索引生成装置。 - 前記累積情報生成ユニットは、集合署名、XOR演算および剰余演算の少なくとも1つによって1以上の情報を累積することを特徴とする請求項13に記載の索引生成装置。
- 前記検索項目がキーワードであり、前記検索情報が前記キーワードを含むファイルの暗号化されたファイル名であることを特徴とする請求項13に記載の索引生成装置。
- 前記検索項目識別子生成ユニットが、前記検索項目を含む情報の暗号文を生成し、又は、前記検索項目を含む情報からマッピングして取得されるデータを生成するように構成されることを特徴とする請求項13に記載の索引生成装置。
- 前記索引項目生成ユニットが、前記検索情報を含む情報の暗号文を生成することにより前記索引項目を生成するように構成されることを特徴とする請求項13に記載の索引生成装置。
- 前記索引項目生成ユニットが、索引項目暗号鍵で対応する前記検索情報を含む情報を暗号化することにより前記索引項目を生成するように構成されることを特徴とする請求項13に記載の索引生成装置。
- 前記累積情報生成ユニットが、前記検索情報を含む情報の暗号文を累積し、又は、前記検索情報を含む情報からマッピングすることにより取得されるデータを累積することにより前記累積情報を生成するように構成されることを特徴とする請求項13に記載の索引生成装置。
- 1の前記検索情報が追加され又は削除された場合に、前記累積情報を更新する更新ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項13に記載の索引生成装置。
- 前記累積情報生成ユニットが、
前記累積情報を、
g2とKが公開され、あるいはg2 kが公開された場合、
前記更新ユニットが、
検索情報Iaが追加される場合、累積情報を、
ICupdated = [IC(sk+K) * H(Ia) mod p]1/(sk+K’)
と更新し、K’あるいはg2 k’を公開し(ここで、K’はZp*内のKと異なる乱数)、
検索情報Ib が追加される場合、
[IC(sk+K) * H(Ib)-1 mod p]1/(sk+K’)
と更新し、K’あるいはg2 k’を公開する(ここで、K’はZp*内のKと異なる乱数)ように構成されることを特徴とする請求項20に記載の索引生成装置。 - 検索要求を生成するステップと、
1以上の索引項目および1つの累積情報を受信するステップと、
受信した1以上の前記索引項目から1以上の検索情報を抽出するステップと、
受信した前記累積情報によって抽出した前記検索情報を検証するステップと
を含むことを特徴とする検索方法。 - 前記検索情報を検証するステップが、
抽出した前記検索情報によって累積情報を計算するステップと、
計算した累積情報を受信した累積情報と照合するステップを含むことを特徴とする請求項25に記載の検索方法。 - 前記検索情報を検証するステップが、集合署名を検証するステップを含むことを特徴とする請求項25に記載の検索方法。
- 前記検索情報を抽出するステップが、1以上の索引項目を解読するステップを含むことを特徴とする請求項25に記載の検索方法。
- 前記累積情報を計算するステップが、集合署名、XOR演算および剰余演算の少なくとも1つによって検索情報を累積するステップを含むことを特徴とする請求項26に記載の検索方法。
- 前記累積情報を計算するステップが、
前記検索情報を含む情報の暗号文を累積し、あるいは前記検索情報を含む情報からマッピングすることにより取得されたデータを累積するステップを含むことを特徴とする請求項26に記載の検索方法。 - 検索要求を生成する検索要求ユニットと、
1以上の受信した索引項目から1以上の検索情報を抽出する検索情報抽出ユニットと、
受信した前記累積情報によって抽出した前記検索情報を検証する検証ユニットと
を備えることを特徴とする検索装置。 - 前記検証ユニットは、
抽出した前記検索情報によって累積情報を計算し、計算した累積情報を受信した累積情報と照合するように構成されることを特徴とする請求項31に記載の検索装置。 - 前記検証ユニットは、集合署名を検証するように構成されることを特徴とする請求項31に記載の検索装置。
- 前記検索情報抽出ユニットは、1以上の索引項目を解読することにより前記検索情報を抽出するように構成されることを特徴とする請求項31に記載の検索装置。
- 前記検証ユニットは、集合署名、XOR演算および剰余演算の少なくとも1つによって検索情報を累積することにより、累積情報を計算するように構成されることを特徴とする請求項32に記載の検索装置。
- 前記検証ユニットは、
前記検索情報を含む情報の暗号文を累積し、あるいは前記検索情報を含む情報からマッピングすることにより取得されたデータを累積することにより、累積情報を計算するように構成されることを特徴とする請求項32に記載の検索装置。
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