JP2015135541A - 検索可能暗号処理システムおよび検索可能暗号処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】検索可能暗号処理システム10において、他装置と通信する通信装置504と、検索対象データとして平文データを秘匿化した秘匿データと平文データを分類する平文インデックスを秘匿化した秘匿化インデックスとを格納した記憶装置503と、検索クライアントより平文クエリを秘匿化した秘匿データ用クエリ及び平文インデックスを秘匿化した秘匿化インデックス用クエリを受信し、所定の検索可能暗号技術に基づき、秘匿化インデックス用クエリに該当する秘匿化インデックスを記憶装置にて検索し、該当秘匿化インデックスに分類された秘匿データ群を対象として秘匿データ用クエリに該当する秘匿データを検索し、検索した秘匿データを検索クライアントに返信する処理を実行する演算装置501を備えるサーバ300を含む構成とする。
【選択図】図5
Description
F(x・y)=F(x)?F(y)−−−−(数1)
が成り立つ関数を指す。ただし、“・”と“?”は、演算記号を表わし、加算用の演算記号+、乗算用の演算記号*、ビット毎の排他的論理和であるXOR(eXclusive OR)演算用の演算記号xor等が入る。
また、基本演算部117は、加算、減算、比較算や、AND、OR、XOR等の基本的な算術演算に関する処理を行う。例えば、基本演算部117は、全体処理部111から入力された2つのデータのビット毎の排他的論理和であるXOR演算や、比較演算の等号成立または不成立の検証結果を、データとして出力する処理を行う。
また、登録クライアント100の全体処理部111は、上述の擬似乱数Rを準同型関数部116に入力する(s107)。準同型関数部116は、入力された疑似乱数Rのハッシュ値について、準同型性を保有するデータの出力値である準同型関数値を出力する(s108)。なお、準同型関数をfuncとした場合、その入力である疑似乱数Rのハッシュ値H1、出力である準同型関数値Fには、以下の[数4]が成り立つ。
登録クライアント100の全体処理部111は、上述の準同型関数値Fを圧縮関数部115へ入力する(s109)。一方、圧縮関数部115は、準同型関数値Fを変換し、ハッシュ値H2を出力する(s110)。全体処理部111は、このハッシュ値H2を検索タグとみなし、記憶部120へ格納する(s111)。
この時、全体処理部111は、平文インデックス133の値に応じて、インデックス用秘密鍵155を取得する(s114)。基本的には、一つの平文インデックス133につき、同一のインデックス秘密鍵155を利用し、異なる値の平文インデックスには、異なるインデックスを利用する。
続いて登録クライアント100の全体処理部111は、上述までの処理で得た、暗号化インデックスD、検索タグH2、鍵埋込タグEを連結したデータを、秘匿化インデックスとし記憶部120に格納する(s116)。なお、上記の処理手順は、実行手順を変更してもよい。
続いて登録クライアント100の全体処理部111は、上述のハッシュ値H1’を準同型関数部116に入力する(s139)。準同型関数部116は、全体処理部111から入力されたハッシュ値H1’について、準同型性を保有するデータの出力値である、準同型関数値を出力する(s140)。なお、準同型関数をfuncとした場合、その入力であるハッシュ値H1’、出力である準同型関数値F’には、以下の[数8]が成り立つ。
この場合、登録クライアント100の全体処理部111は、上述の準同型関数値F’を圧縮関数部115へ入力する(s141)。圧縮関数部115は、準同型関数値F’を変換し、ハッシュ値H2’を出力する(s142)。全体処理部111は、このハッシュ値H2’を検索タグとみなし、記憶部120へ格納する(s143)。
次に、検索クライアント200の全体処理部211は、上述の擬似乱数R’’を準同型関数部216に入力する(s156)。一方、準同型関数部216は、全体処理部211から入力された擬似乱数R’’について、準同型性を保有するデータの出力値である、準同型関数値を出力する(s157)。なお、準同型関数をfuncとした場合、その入力である擬似乱数R’’、出力である準同型関数値F’’には、以下の[数11]が成り立つ。
続いて検索クライアント200の全体処理部211は、上述の準同型関数値F’’と、記憶部220から読み込んだ関数値暗号化鍵254を暗号化部212へ入力する(s158)。一方、暗号化部212は、準同型関数値F’’を暗号化し、暗号化されたデータH2’’を出力する(s159)。全体処理部211は、このデータH2’’を秘匿データ用検索タグクエリとみなし、記憶部220へ格納する(s160)。
次に、管理サーバ300の全体処理部311は、上述の秘匿化インデックス用クエリから秘匿化インデックス用暗号化クエリD’’’を取り出し、更に、記憶部320における秘匿化インデックス342から暗号化インデックスDを取り出す(s201)。
−−−−(数14)
ここで、平文インデックスと平文クエリのデータ値が同一である場合、それらを暗号化したデータも値が等しいため、以下の[数15]が導ける。
即ち、乱数(R xor R’’)の情報のみが残る。この場合、管理サーバ300の全体処理部311は、上述の基本演算部317の出力結果を準同型関数部316に入力し、準同型関数部316の出力結果である関数値Yを取得する(s203)。このとき、関数値Yの値は以下の[数16]に従う。
続いて管理サーバ300の全体処理部311は、基本演算部317に上述の関数値F’’’と関数値Yを入力し、基本演算部317で計算された、その排他的論理和(XOR算)たる関数値Zを取得する(s204)。ここで、平文インデックスと平文インデックスのデータ値が同一である場合、即ち上述の[数15]が成り立つ場合、関数値Zには以下の[数17]が成り立つ。
= func(R’’’) xor (func(D xor D’’ )
= func(R’’’) xor (func( R xor R’’’)
= func(Rn) xor func(R) xor func(R’’’)
= func(R’’’)
−−−−(数17)
次に、管理サーバ300の全体処理部311は、圧縮関数部315に上述の関数値Zを入力し、圧縮関数部315から出力されたデータをハッシュ値Hとして取得する(s205)。
続いて管理サーバ300の全体処理部311は、秘匿化インデックス342から、鍵埋込タグEを取得し、基本演算部317に、ハッシュ値Gと鍵埋込タグEとのxorを計算させる(s211)。このとき、以下の[数19]より、出力されるデータはインデックス用秘密鍵IKに該当するとき、ハッシュ値H3、鍵埋込タグEには、以下の[数19]が成り立つ。
=hash(F||PA)xor( IK xor H3)
=hash(F||PA)xor( IK xor hash(F||PA))
=hash(F||PA)xor IK xor hash(F||PA)
= IK
−−−−(数19)
従って、平文インデックスと平文クエリのデータ値が同一である場合、管理サーバ300の全体処理部311は、インデックス用秘密鍵IKを取得できる(s212)。なお、上記の処理手順は、処理手順を変更してもよい。また、秘匿化インデックスが図16のごとく階層化されたものである場合、上述のステップs208の処理は、最初に、検索タグのビットのうち先頭1ビットを抽出し、ここで抽出したビットと、階層中の最上位階層の暗号化インデックスとの同一判定を行い、この判定で特定された所定暗号化インデックスの配下にあたる第二位階層の暗号化インデックス群に対し、検索タグのビットのうち先頭から2番目までの2ビットとの同一判定を行い、この判定で特定された所定暗号化インデックスの配下にあたる最下位階層の暗号化インデックス群に対し、検索タグの3ビットとの同一判定を行い、その結果を当該ステップs208の結果とする。この場合、当該ステップs208で“N”判定の結果、ステップ200へ処理が戻るのは、最上位階層から最下位階層までのいずれかの判定で、一致判定が得られなかった、すなわちビットと一致する暗号化インデックスが無かった場合に該当することになる。こうした階層化されたインデックス構造を用いた処理は、以降の検索処理に際しても同様に実行出来る。
次に、管理サーバ300の全体処理部311は、秘匿化インデックス用クエリから秘匿化インデックス用暗号化クエリD’’’と、秘匿化インデックスから暗号化インデックスDを取り出す(s231)。また、管理サーバ300の基本演算部317は、秘匿化インデックス用暗号化クエリD’’’と暗号化インデックスDを入力として、その排他的論理和(XOR算)を計算し、以下の[数21]に沿って、出力結果を取得する(s232)。
−−−−(数21)
ここで、平文インデックスと平文クエリのデータ値が同一である場合、それらを暗号化したデータも値が等しいため、以下の[数22]が導ける。
即ち、乱数(R xor R’’)の情報のみが残る。
続いて管理サーバ300の全体処理部311は、基本演算部317に関数値F’’’と関数値Yを入力し、基本演算部317による、その排他的論理和(XOR算)たる関数値Zを取得する(s234)。ここで、平文インデックスと平文インデックスのデータ値が同一である場合、即ち上述の[数22]が成り立つ場合、関数値Zには以下の[数24]が成り立つ。
= func(R’’’) xor (func(D xor D’’ )
= func(R’’’) xor (func( R xor R’’’)
= func(Rn) xor func(R) xor func(R’’’)
= func(R’’’)
−−−−(数24)
次に、管理サーバ300の全体処理部311は、圧縮関数部315に関数値Zを入力し、出力されたデータをハッシュ値Hとして取得する(s235)。また、管理サーバ300の全体処理部311は、上述のハッシュ値Hから、パラメータに記録されたビット長を取得し検索タグとする(s236)。例えば、図10に示すように、最下位3ビットを抽出する。
次に、全体処理部311は、秘匿化インデックス342から鍵埋込タグEを取得し、基本演算部317に、ハッシュ値Gと鍵埋込タグEとのxorを計算させる(s240)。このとき、以下の[数26]より、出力されるデータはインデックス用秘密鍵IKに該当する。こののとき、ハッシュ値H3、鍵埋込タグEには、以下の[数26]が成り立つ。
=hash(F||PA)xor( IK xor H3)
=hash(F||PA)xor( IK xor hash(F||PA))
=hash(F||PA)xor IK xor hash(F||PA)
= IK
−−−−(数26)
従って、平文インデックスと平文クエリのデータ値が同一である場合、管理サーバ300の全体処理部311は、インデックス用秘密鍵IKを取得できる(s241)。なお、上記の処理手順は、処理手順を変更してもよい。
また、全体処理部211は、上述の暗号化データC’とデータ復号化鍵258を復号化部213へ入力する(s306)。この場合、復号化部213は、上述の暗号化データC’を復号する(s307)。一方、全体処理部211は、記憶部220に記憶された、パラメータ260を読み込み、上述のステップs307で復号したデータから、パディングされた値を取り除き、平文データmを取得し、出力部202に表示する(s308)。
100 登録クライアント
101 入力部
102 出力部
103 通信部
110 制御部
111 全体処理部
112 暗号化部
114 擬似乱数生成部
115 圧縮関数部
116 準同型関数部
117 基本演算部
120 記憶部
131 平文データ
133 平文インデックス
138 平文データの識別子
151 乱数用秘密鍵
152 データ暗号化鍵
153 マスク用秘密鍵
155 インデックス用秘密鍵
160 パラメータ
200 検索クライアント
201 入力部
202 出力部
203 通信部
210 制御部
211 全体処理部
212 暗号化部
213 復号化部
214 擬似乱数生成部
215 圧縮関数部
216 準同型関数部
217 基本演算部
220 記憶部
241 平文クエリ
251 乱数用秘密鍵
252 データ暗号化鍵
253 マスク用秘密鍵
254 関数値暗号化鍵
257 秘密鍵暗号化鍵
258 データ復号化鍵
259 クエリ暗号化鍵
260 パラメータ
300 管理サーバ(サーバ)
301 入力部
302 出力部
303 通信部
310 制御部
311 全体処理部
313 復号化部
315 圧縮関数部
316 準同型関数部
317 基本演算部
320 記憶部
341 秘匿データ
342 秘匿化インデックス
354 関数値復号化鍵
356 秘密鍵暗号化鍵
381 暗号化識別子
382 関係表
400 ネットワーク
500 コンピュータ
501 CPU(Central Processing Unit)
502 メモリ
503 外部記憶装置
504 通信装置
505 出力装置
506 入力装置
507 読書装置
508 記憶媒体
509 内部通信線
Claims (12)
- 他装置と通信する通信装置と、
検索対象データとして、平文データを秘匿化した秘匿データと、平文データを分類する平文インデックスを秘匿化した秘匿化インデックスとを格納した記憶装置と、
検索クライアントより、平文クエリを秘匿化した秘匿データ用クエリ、および平文インデックスを秘匿化した秘匿化インデックス用クエリを受信し、所定の検索可能暗号技術に基づいて、前記秘匿化インデックス用クエリに該当する秘匿化インデックスを前記記憶装置において検索し、該当秘匿化インデックスに分類された秘匿データ群を対象として、前記秘匿データ用クエリに該当する秘匿データを検索し、当該検索した秘匿データを前記検索クライアントに返信する処理を実行する演算装置と、
を備えるサーバを含むことを特徴とする検索可能暗号処理システム。 - 前記サーバの記憶装置は、
前記秘匿化インデックスと対応付けて、当該秘匿化インデックスに分類される前記平文データを示す識別子を暗号化した暗号化識別子を更に格納し、
前記平文データを示す識別子と、該当平文データを起源とする秘匿データのアドレスとの対応関係を示す関係表を更に格納しており、
前記サーバの演算装置は、
前記検索した該当秘匿化インデックスに対応する暗号化識別子を記憶装置にて取得し、当該取得した暗号化識別子を所定鍵で復号して平文データの識別子を取得し、当該平文データの識別子を前記関係表に照合して、前記平文データの識別子に対応する秘匿データのアドレスを特定し秘匿データを取得する処理を実行するものである、
ことを特徴とする請求項1に記載の検索可能暗号処理システム。 - 前記サーバの記憶装置において、各秘匿化インデックスに対応付けた前記暗号化識別子の数が、秘匿化インデックス間で同数であることを特徴とする請求項2に記載の検索可能暗号処理システム。
- 前記サーバの演算装置は、
前記検索クライアントより受信した前記秘匿化インデックス用クエリから秘密鍵情報を抽出し、前記秘密鍵情報により前記暗号化識別子を復号するものである、
ことを特徴とする請求項3に記載の検索可能暗号処理システム。 - 前記サーバの記憶装置において、
前記秘匿化インデックスが、前記平文データの分類概念の大小に従った複数階層で構成されており、
前記サーバの演算装置は、
前記秘匿化インデックス用クエリに該当する秘匿化インデックスの検索を、前記複数階層のうち最上位階層の秘匿化インデックスから下位階層の秘匿化インデックスに向けて順次実行し、当該検索で特定した最下位階層の秘匿化インデックスに分類された秘匿データ群を対象として、前記秘匿データ用クエリに該当する秘匿データを検索し、当該検索した秘匿データを前記検索クライアントに返信するものである、
ことを特徴とする請求項4に記載の検索可能暗号処理システム。 - 他装置と通信する通信装置と、
平文データを秘匿化して秘匿データを生成し、前記平文データを分類する平文インデックスを秘匿化して秘匿化インデックスを生成し、前記秘匿データおよび前記秘匿化インデックスを前記検索対象データとして前記サーバに送信する処理を実行する演算装置と、
を備える登録クライアントを更に含むことを特徴とする請求項5に記載の検索可能暗号処理システム。 - 前記登録クライアントの演算装置は、
前記平文データを所定アルゴリズムに適用して前記平文インデックスを生成するものであることを特徴とする請求項6に記載の検索可能暗号処理システム。 - 前記登録クライアントの演算装置は、
前記平文データをハッシュ関数またはn−gramに適用して前記平文インデックスを生成するものであることを特徴とする請求項7に記載の検索可能暗号処理システム。 - 前記登録クライアントの演算装置は、
前記平文データを示す識別子を暗号化して暗号化識別子を生成し、当該暗号化識別子を前記サーバに送信するものである、
ことを特徴とする請求項8に記載の検索可能暗号処理システム。 - 前記登録クライアントの演算装置は、
前記暗号化識別子を、各秘匿化インデックスの間で同数だけ生成するものであることを特徴とする請求項9に記載の検索可能暗号処理システム。 - 前記登録クライアントの演算装置は、
前記秘匿化インデックスを、前記平文データの分類概念の大小に従って複数階層で構成し、当該複数階層の秘匿化インデックスおよび前記秘匿データを前記検索対象データとして前記サーバに送信するものであることを特徴とする請求項10に記載の検索可能暗号処理システム。 - 他装置と通信する通信装置と、検索対象データとして、平文データを秘匿化した秘匿データと、平文データを分類する平文インデックスを秘匿化した秘匿化インデックスとを格納した記憶装置を備えた情報処理装置が、
検索クライアントより、平文クエリを秘匿化した秘匿データ用クエリ、および平文インデックスを秘匿化した秘匿化インデックス用クエリを受信し、所定の検索可能暗号技術に基づいて、前記秘匿化インデックス用クエリに該当する秘匿化インデックスを前記記憶装置において検索し、該当秘匿化インデックスに分類された秘匿データ群を対象として、前記秘匿データ用クエリに該当する秘匿データを検索し、当該検索した秘匿データを前記検索クライアントに返信する処理を実行する、
ことを特徴とする検索可能暗号処理方法。
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