一種密文云數(shù)據(jù)查詢方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種密文云數(shù)據(jù)查詢方法，包括：數(shù)據(jù)擁有者對(duì)其文件集構(gòu)建二進(jìn)制向量索引，并使用對(duì)稱密碼機(jī)制加密文件集，然后將加密文件集以及所有文件的二進(jìn)制向量索引發(fā)送至云端。當(dāng)某用戶要求訪問包含某些關(guān)鍵詞的文件時(shí)，向數(shù)據(jù)擁有者申請(qǐng)查詢令牌，查詢令牌中包含有關(guān)鍵詞集合。用戶根據(jù)查詢關(guān)鍵詞與關(guān)鍵詞集合構(gòu)建查詢二進(jìn)制向量，并將查詢二進(jìn)制向量發(fā)送至云端。云端將查詢二進(jìn)制向量與每個(gè)文件的索引二進(jìn)制向量進(jìn)行內(nèi)積計(jì)算以判斷該文件是否包含用戶的查詢關(guān)鍵詞。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)比目前廣泛使用的倒排索引更高效的查詢。
【專利說明】一種密文云數(shù)據(jù)查詢方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于云存儲(chǔ)和信息檢索領(lǐng)域，具體涉及一種密文云數(shù)據(jù)查詢方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在云存儲(chǔ)環(huán)境下，要保護(hù)用戶數(shù)據(jù)機(jī)密性和隱私性，加密是一種常用的方法，但是數(shù)據(jù)加密后,密文數(shù)據(jù)檢索問題亟待解決。
[0003]為解決密文云數(shù)據(jù)檢索問題，目前主要有兩種典型的方法:一種是直接對(duì)密文進(jìn)行線性搜索，即對(duì)密文中單詞逐個(gè)進(jìn)行比對(duì)，確認(rèn)關(guān)鍵詞是否存在以及出現(xiàn)的次數(shù)；第二種方法基于安全索引，即先對(duì)文檔建立關(guān)鍵詞索引，然后將文檔和索引加密后上傳至云端，搜索時(shí)從索引中查詢關(guān)鍵詞是否存在于某個(gè)文檔中。直接對(duì)密文線性搜索的方法缺點(diǎn)在于搜索效率不高，且無法應(yīng)對(duì)海量數(shù)據(jù)的搜索場(chǎng)景。基于索引的密文檢索方法是目前的研究主流，原因是其查詢效率更好，安全性能更高，適合用于大規(guī)模的云存儲(chǔ)密文檢索系統(tǒng)?；谒饕拿芪臋z索也可以分為兩類:第一類是針對(duì)結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)庫為代表；第二類是針對(duì)非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，以文件系統(tǒng)和Web網(wǎng)頁內(nèi)容為代表。
[0004]在已有的研究工作中，所有方案都是采用倒排索引機(jī)制，還沒有使用二進(jìn)制向量索引的方案。
[0005]采用二進(jìn)制向量索引在數(shù)據(jù)擁有者端只需要保留較少的信息，就可以實(shí)現(xiàn)高效安全的密文數(shù)據(jù)檢索。
[0006]密文云數(shù)據(jù)查詢是保證云存儲(chǔ)中數(shù)據(jù)機(jī)密性和可檢索性的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于推進(jìn)云存儲(chǔ)的快速發(fā)展具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種密文云數(shù)據(jù)查詢方法，旨在提高數(shù)據(jù)查詢效率與安全性。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種密文云數(shù)據(jù)查詢方法，包括以下步驟:
步驟1.數(shù)據(jù)擁有者對(duì)其文件集構(gòu)建索引，使用二進(jìn)制向量索引，即索引中每一位代表一個(gè)關(guān)鍵詞，以O(shè)和I表示相應(yīng)關(guān)鍵詞是否存在于此文件中；
步驟2.數(shù)據(jù)擁有者使用對(duì)稱密碼機(jī)制加密文件集(可以基于單個(gè)文件或數(shù)據(jù)塊)； 步驟3.數(shù)據(jù)擁有者將加密文件集，所有文件的二進(jìn)制向量索引發(fā)送至云端；
步驟4.用戶要求訪問包含某些關(guān)鍵詞的文件時(shí)，向數(shù)據(jù)擁有者申請(qǐng)查詢令牌，查詢令牌中包含有關(guān)鍵詞集合；
步驟5.用戶根據(jù)查詢關(guān)鍵詞與關(guān)鍵詞集合構(gòu)建查詢二進(jìn)制向量，并將查詢二進(jìn)制向量發(fā)送至云端；
步驟6.云端將查詢二進(jìn)制向量與每個(gè)文件的索引二進(jìn)制向量進(jìn)行內(nèi)積計(jì)算以判斷該文件是否包含用戶的查詢關(guān)鍵詞。
[0009]步驟I具體包括以下子步驟:1.1數(shù)據(jù)擁有者使用已有的分詞算法對(duì)其文件集提取關(guān)鍵詞，構(gòu)建關(guān)鍵詞集合；
1.2數(shù)據(jù)擁有者根據(jù)每個(gè)文件中是否包含關(guān)鍵詞集合中的對(duì)應(yīng)關(guān)鍵詞構(gòu)建二進(jìn)制向量索引，以I表示相應(yīng)關(guān)鍵詞存在于此文件中，以O(shè)表示相應(yīng)關(guān)鍵詞不存在于此文件中。
[0010]步驟4具體包括以下子步驟:
4.1用戶向數(shù)據(jù)擁有者發(fā)送查詢授權(quán)申請(qǐng)，數(shù)據(jù)擁有者根據(jù)其安全策略決定是否向用戶以及針對(duì)哪些文件集頒發(fā)授權(quán)令牌，令牌中包含有授權(quán)文件集的關(guān)鍵詞集合；
4.2數(shù)據(jù)擁有者使用通用的安全傳輸機(jī)制將令牌發(fā)送給用戶。
[0011]步驟5中，構(gòu)建查詢二進(jìn)制向量方法如下:用戶根據(jù)查詢關(guān)鍵詞是否在關(guān)鍵詞集合中構(gòu)建查詢二進(jìn)制向量，以I表不相應(yīng)關(guān)鍵詞存在于關(guān)鍵詞集合中，以O(shè)表不相應(yīng)關(guān)鍵詞不存在于關(guān)鍵詞集合中。
[0012]步驟6中，云端將查詢二進(jìn)制向量與每個(gè)文件的索引二進(jìn)制向量進(jìn)行內(nèi)積計(jì)算，當(dāng)內(nèi)積計(jì)算結(jié)果為非O時(shí)，表明該文件包含查詢關(guān)鍵詞，當(dāng)內(nèi)積計(jì)算結(jié)果為O時(shí)，表明該文件不包含查詢關(guān)鍵詞。并且內(nèi)積計(jì)算結(jié)果的值越大，表明包含的關(guān)鍵詞越多。
[0013]假設(shè)A是文檔A的二進(jìn)制索引向量，其中AC/] e {O, 1}表示關(guān)鍵詞K是否在文檔中存在W是一個(gè)查詢向量，其屮(6[/] e {0,1}表示關(guān)鍵詞~是否在查詢關(guān)鍵詞集合r中。文檔A與查詢關(guān)鍵詞集合r的相似性得分通過內(nèi)積方式計(jì)算出來，即rQ0 [0014]通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的優(yōu)勢(shì):
1.數(shù)據(jù)更新方便，建立索引的過程由數(shù)據(jù)擁有者完成，關(guān)鍵詞集合信息由數(shù)據(jù)擁有者保管，當(dāng)有文件需要更新時(shí)，數(shù)據(jù)擁有者只需要更新文件的二進(jìn)制向量索引，并重新加密文件，然后將加密的文件以及二進(jìn)制向量索引發(fā)送至云端。
[0015]2.使用二進(jìn)制向量?jī)?nèi)積計(jì)算非常高效，只需要在用戶端增加少量的存儲(chǔ)就可以實(shí)現(xiàn)聞效的檢索。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明所涉及的各實(shí)體關(guān)系圖。
[0017]圖2為本發(fā)明方法流程圖。
[0018]圖3為本發(fā)明二進(jìn)制向量索引圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]以下首先就本發(fā)明的技術(shù)術(shù)語進(jìn)行解釋和說明:
數(shù)據(jù)擁有者:指文件的擁有者，需要將文件存儲(chǔ)在云中，且制定文件的訪問控制策略； 用戶:需要讀取數(shù)據(jù)擁有者發(fā)布的文件；
云端或云存儲(chǔ):存儲(chǔ)數(shù)據(jù)擁有者的文件，會(huì)忠實(shí)執(zhí)行數(shù)據(jù)擁有者和合法用戶發(fā)出的操作請(qǐng)求，但在條件允許時(shí)會(huì)偷窺文件內(nèi)容；
文件:數(shù)據(jù)擁有者需要上傳至云端的數(shù)據(jù)；
文件塊:文件分塊，數(shù)據(jù)擁有者對(duì)同一文件的不同分塊采用不同的加密密鑰；對(duì)稱密碼機(jī)制:是一種傳統(tǒng)密碼機(jī)制，加密和解密采用相同密鑰，效率較高，在本發(fā)明中采用該機(jī)制加密文件或文件塊；
對(duì)稱密鑰:對(duì)稱密碼機(jī)制中隨機(jī)生成的二進(jìn)制數(shù)據(jù)；
以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0021] 如圖1所示，本發(fā)明的密文云數(shù)據(jù)查詢方法是是應(yīng)用在加密云存儲(chǔ)系統(tǒng)中，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)擁有者、用戶以及云端。
[0022]在本實(shí)施方式中，數(shù)據(jù)擁有者為某科研單位秘書，傳至云端的數(shù)據(jù)是該單位的科研項(xiàng)目文件，主要用于單位內(nèi)人員(包括有出差在外的人員)在項(xiàng)目申請(qǐng)以及開發(fā)過程中的數(shù)據(jù)共享。
[0023]如圖2所示，本發(fā)明的密文云數(shù)據(jù)查詢方法包括以下步驟:
步驟1.數(shù)據(jù)擁有者對(duì)其文件集構(gòu)建索引，使用二進(jìn)制向量索引，即索引中每一位代表一個(gè)關(guān)鍵詞，以O(shè)和I表示相應(yīng)關(guān)鍵詞是否存在于此文件中，如圖3所示。本步驟具體包括以下子步驟:
1.1數(shù)據(jù)擁有者使用已有的分詞算法對(duì)其文件集提取關(guān)鍵詞，構(gòu)建關(guān)鍵詞集合；
舉例而言，如圖3所示，關(guān)鍵詞集合{云計(jì)算，云存儲(chǔ)，加密，數(shù)據(jù)檢索，二進(jìn)制向量}。
[0024]1.2數(shù)據(jù)擁有者根據(jù)每個(gè)文件中是否包含關(guān)鍵詞集合中的對(duì)應(yīng)關(guān)鍵詞構(gòu)建二進(jìn)制向量索引，以I表示相應(yīng)關(guān)鍵詞存在于此文件中，以O(shè)表示相應(yīng)關(guān)鍵詞不存在于此文件中。
[0025]舉例而言，如圖3所示，文件I包含關(guān)鍵詞{云計(jì)算，加密}，其索引二進(jìn)制向量為/7=(1，O, I, O, O)，文件2包含關(guān)鍵詞{云存儲(chǔ)，加密，數(shù)據(jù)檢索，二進(jìn)制向量}，其索引二進(jìn)制向量為厶=(0，I, I, I, I)。
[0026]步驟2.數(shù)據(jù)擁有者使用對(duì)稱密碼機(jī)制加密文件集(可以基于單個(gè)文件或數(shù)據(jù)塊)；
步驟3.數(shù)據(jù)擁有者將加密文件集，所有文件的二進(jìn)制向量索引發(fā)送至云端；
步驟4.用戶要求訪問包含某些關(guān)鍵詞的文件時(shí)，向數(shù)據(jù)擁有者申請(qǐng)查詢令牌，查詢令牌中包含有關(guān)鍵詞集合。本步驟具體包括以下子步驟:
4.1用戶向數(shù)據(jù)擁有者發(fā)送查詢授權(quán)申請(qǐng)，數(shù)據(jù)擁有者根據(jù)其安全策略決定是否向用戶以及針對(duì)哪些文件集頒發(fā)授權(quán)令牌，令牌中包含有授權(quán)文件集的關(guān)鍵詞集合；
4.2數(shù)據(jù)擁有者使用通用的安全傳輸機(jī)制將令牌發(fā)送給用戶。
[0027]步驟5.用戶根據(jù)查詢關(guān)鍵詞與關(guān)鍵詞集合構(gòu)建查詢二進(jìn)制向量，并將查詢二進(jìn)制向量發(fā)送至云端；
其中，構(gòu)建查詢二進(jìn)制向量方法如下:用戶根據(jù)查詢關(guān)鍵詞是否在關(guān)鍵詞集合中構(gòu)建查詢二進(jìn)制向量，以I表不相應(yīng)關(guān)鍵詞存在于關(guān)鍵詞集合中，以O(shè)表不相應(yīng)關(guān)鍵詞不存在于關(guān)鍵詞集合中。
[0028]舉例而言，設(shè)查詢關(guān)鍵詞為{云存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)檢索}，則查詢二進(jìn)制向量為= (O, I,O, I, O)。
[0029]步驟6.云端將查詢二進(jìn)制向量與每個(gè)文件的索引二進(jìn)制向量進(jìn)行內(nèi)積計(jì)算以判斷該文件是否包含用戶的查詢關(guān)鍵詞。
[0030]舉例而言，將查詢向量與文件I的索引向量進(jìn)行內(nèi)積計(jì)算:./,二(0，I, O, I,O)-(1, O, I, O, O)-1 二O，將查詢向量與文件2的索引向量進(jìn)行內(nèi)積計(jì)算W厶二 (O，I, O,1，O).(O, I, I, I, I)-1 二2。
[0031]步驟6中，云端將查詢二進(jìn)制向量與每個(gè)文件的索引二進(jìn)制向量進(jìn)行內(nèi)積計(jì)算，當(dāng)內(nèi)積計(jì)算結(jié)果為非O時(shí)，表明該文件包含查詢關(guān)鍵詞，當(dāng)內(nèi)積計(jì)算結(jié)果為O時(shí)，表明該文件不包含查詢關(guān)鍵詞。并且內(nèi)積計(jì)算結(jié)果的值越大，表明包含的關(guān)鍵詞越多。
[0032]設(shè)一個(gè)漢字占2個(gè)字節(jié)，一個(gè)關(guān)鍵詞設(shè)為最多5個(gè)漢字，占10個(gè)字節(jié)，假設(shè)有1000個(gè)關(guān)鍵詞，存儲(chǔ)關(guān)鍵詞集合只需要IOK字節(jié)的存儲(chǔ)空間。每個(gè)文件的二進(jìn)制向量索引大小為1000位，約12個(gè)字節(jié)，1000個(gè)文件，只需要12K字節(jié)的索引存儲(chǔ)空間。
[0033]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而己，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種密文云數(shù)據(jù)查詢方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1.數(shù)據(jù)擁有者對(duì)其文件集構(gòu)建索引，使用二進(jìn)制向量索引，即索引中每一位代表一個(gè)關(guān)鍵詞，以O(shè)和I表示相應(yīng)關(guān)鍵詞是否存在于此文件中； 步驟2.數(shù)據(jù)擁有者使用對(duì)稱密碼機(jī)制加密文件集(可以基于單個(gè)文件或數(shù)據(jù)塊)； 步驟3.數(shù)據(jù)擁有者將加密文件集，所有文件的二進(jìn)制向量索引發(fā)送至云端； 步驟4.用戶要求訪問包含某些關(guān)鍵詞的文件時(shí)，向數(shù)據(jù)擁有者申請(qǐng)查詢令牌，查詢令牌中包含有關(guān)鍵詞集合； 步驟5.用戶根據(jù)查詢關(guān)鍵詞與關(guān)鍵詞集合構(gòu)建查詢二進(jìn)制向量，并將查詢二進(jìn)制向量發(fā)送至云端； 步驟6.云端將查詢二進(jìn)制向量與每個(gè)文件的索引二進(jìn)制向量進(jìn)行內(nèi)積計(jì)算以判斷該文件是否包含用戶的查詢關(guān)鍵詞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密文云數(shù)據(jù)查詢方法，其特征在于，步驟I具體包括以下子步驟: 1.1數(shù)據(jù)擁有者使用已有的分詞算法對(duì)其文件集提取關(guān)鍵詞，構(gòu)建關(guān)鍵詞集合； 1.2數(shù)據(jù)擁有者根據(jù)每個(gè)文件中是否包含關(guān)鍵詞集合中的對(duì)應(yīng)關(guān)鍵詞構(gòu)建二進(jìn)制向量索引，以I表示相應(yīng)關(guān)鍵詞存在于此文件中，以O(shè)表示相應(yīng)關(guān)鍵詞不存在于此文件中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密文云數(shù)據(jù)查詢方法，其特征在于，步驟2中，如果是基于單個(gè)文件加密，數(shù)據(jù)擁有者根據(jù)文件集中文件數(shù)量，利用對(duì)稱密碼機(jī)制隨機(jī)生成對(duì)應(yīng)數(shù)目的對(duì)稱密鑰，并利用對(duì)稱密鑰對(duì)文件進(jìn)行加密生成密文，每個(gè)文件的加密密鑰均不同；如果是基于數(shù)據(jù)塊加密，數(shù)據(jù)擁有者根據(jù)設(shè)定數(shù)據(jù)塊大小將文件集中文件進(jìn)行分塊，利用對(duì)稱密碼機(jī)制隨機(jī)生成對(duì)應(yīng)數(shù)目的對(duì)稱密鑰，并利用對(duì)稱密鑰對(duì)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行加密生成密文，每個(gè)數(shù)據(jù)塊的加密密鑰均不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密文云數(shù)據(jù)查詢方法，其特征在于，步驟4具體包括以下子步驟: .4.1用戶向數(shù)據(jù)擁有者發(fā)送查詢授權(quán)申請(qǐng)，數(shù)據(jù)擁有者根據(jù)其安全策略決定是否向用戶以及針對(duì)哪些文件集頒發(fā)授權(quán)令牌，令牌中包含有授權(quán)文件集的關(guān)鍵詞集合； .4.2數(shù)據(jù)擁有者使用通用的安全傳輸機(jī)制將令牌發(fā)送給用戶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密文云數(shù)據(jù)查詢方法，其特征在于，步驟5中，構(gòu)建查詢二進(jìn)制向量方法如下:用戶根據(jù)查詢關(guān)鍵詞是否在關(guān)鍵詞集合中構(gòu)建查詢二進(jìn)制向量，以I表示相應(yīng)關(guān)鍵詞存在于關(guān)鍵詞集合中，以O(shè)表示相應(yīng)關(guān)鍵詞不存在于關(guān)鍵詞集合中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密文云數(shù)據(jù)查詢方法，其特征在于，步驟6中，云端將查詢二進(jìn)制向量與每個(gè)文件的索引二進(jìn)制向量進(jìn)行內(nèi)積計(jì)算，當(dāng)內(nèi)積計(jì)算結(jié)果為非O時(shí)，表明該文件包含查詢關(guān)鍵詞，當(dāng)內(nèi)積計(jì)算結(jié)果為O時(shí)，表明該文件不包含查詢關(guān)鍵詞。并且內(nèi)積計(jì)算結(jié)果的值越大，表明包含的關(guān)鍵詞越多。
7.—種密文云數(shù)據(jù)查詢方法，包括數(shù)據(jù)擁有者、用戶和云端，其特征在于數(shù)據(jù)擁有者用于使用已有分詞算法對(duì)其文件集提取關(guān)鍵詞，并構(gòu)建所有文件的二進(jìn)制向量索引； 數(shù)據(jù)擁有者還用于對(duì)文件使用對(duì)稱密碼機(jī)制進(jìn)行加密，如果是基于數(shù)據(jù)塊，還要將文件按設(shè)定數(shù)據(jù)塊大小進(jìn)行分塊，然后使用對(duì)稱密碼機(jī)制進(jìn)行加密，然后將加密的文件發(fā)送到云端；用戶用于向數(shù)據(jù)擁有者請(qǐng)求查詢授權(quán)； 數(shù)據(jù)擁有者還用于按照指定安全策略向用戶發(fā)放授權(quán)令牌； 用戶還用于使用令牌信息構(gòu)建查詢二進(jìn)制向量； 用戶還用于向云端請(qǐng)求包含查詢關(guān)鍵詞的文件密文，并使用令牌中包含的文件密鑰解密文件； 云端用于使用查詢二進(jìn)制向量與所有文件的索引二進(jìn)制向量進(jìn)行內(nèi)積計(jì)算以判斷文件是否包含查詢關(guān)鍵詞； 云端還用于存放數(shù)據(jù)，并響應(yīng)用戶的讀寫請(qǐng)求。
【文檔編號(hào)】G06F17/30GK103995900SQ201410254079
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】陳蘭香 申請(qǐng)人:福建師范大學(xué)