本發(fā)明涉及隱私保護(hù)相關(guān)研究領(lǐng)域，特別是涉及一種面向云端數(shù)據(jù)發(fā)布保護(hù)安全及隱私的頻度測(cè)定方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在信息共享的時(shí)代，隱私保護(hù)和信息安全成為IT界的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。信息安全要求防止未經(jīng)授權(quán)的數(shù)據(jù)披露，而隱私保護(hù)旨在避免所披露數(shù)據(jù)被用于從中推理個(gè)人的敏感信息。

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，越來(lái)越多的人利用云計(jì)算技術(shù)在云端存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和執(zhí)行計(jì)算處理任務(wù)，隱私保護(hù)面臨很多新挑戰(zhàn)。在云端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過(guò)程中存在泄漏隱私的危險(xiǎn)，除此之外，隱私保護(hù)處理過(guò)程本身也可能受到攻擊，這無(wú)疑增加了隱私泄露的風(fēng)險(xiǎn)和規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的難度。

運(yùn)用密碼學(xué)的技術(shù)來(lái)解決云端數(shù)據(jù)的安全問(wèn)題是一個(gè)很好的選擇，將數(shù)據(jù)進(jìn)行加密之后上傳至云端存儲(chǔ)，就不存在隱私泄露的危險(xiǎn)性。但是云端加密數(shù)據(jù)存在難以運(yùn)算的問(wèn)題。幸運(yùn)的是全同態(tài)加密技術(shù)為解決新挑戰(zhàn)提供了可能性。全同態(tài)加密是一種可以直接對(duì)加密狀態(tài)下的密文數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的技術(shù)。早在1978年Rivest等人就提出同態(tài)加密的概念，其中，公鑰密碼算法RSA是乘法同態(tài)加密方案,Paillier算法是加法同態(tài)加密方案，但此后一直停滯不前。在2009年Gentry構(gòu)造出第一個(gè)全同態(tài)加密方案之后，有了迅速發(fā)展，出現(xiàn)很多成果，包括：基于ideal lattice的全同態(tài)加密方案，Dijk等基于integer的方案，Gentry等基于LWE(Learning With Error)的方案，Lyubaskevsky等基于RLWE(Ring LWE)的方案，Brakerski等基于GLWE(Generalized LWE)的方案。但是這些方案大多基于理論，需要繼續(xù)研究高效率的實(shí)用方案。

利用全同態(tài)加密技術(shù)能夠?qū)⑿枰M(jìn)行隱私保護(hù)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，再利用云計(jì)算進(jìn)行密文數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，得到符合隱私保護(hù)要求的密文數(shù)據(jù)。利用全同態(tài)加密技術(shù)既能保護(hù)數(shù)據(jù)內(nèi)容安全又能保護(hù)數(shù)據(jù)處理過(guò)程安全。

在云端進(jìn)行數(shù)據(jù)隱私保護(hù)處理時(shí)往往需要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)記錄中的頻度，本發(fā)明結(jié)合同態(tài)加密技術(shù)，面向云端數(shù)據(jù)發(fā)布過(guò)程中需要保護(hù)數(shù)據(jù)安全及隱私的目的，提出一種同態(tài)密文下的數(shù)據(jù)記錄頻度測(cè)定方法和系統(tǒng)，用于隱私保護(hù)處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種面向云端數(shù)據(jù)發(fā)布保護(hù)安全及隱私的頻度測(cè)定方法和系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種面向云端數(shù)據(jù)發(fā)布保護(hù)安全及隱私的頻度測(cè)定方法，包括如下步驟：

S1、數(shù)據(jù)庫(kù)擁有者用同態(tài)密鑰生成算法FHE.KeyGen生成公鑰pk和私鑰sk；設(shè)置頻度閾值k，并將-k的補(bǔ)碼的加密形式cc_thd上傳至云端服務(wù)器；將用公鑰pk加密的數(shù)據(jù)庫(kù)外包到云端服務(wù)器；將公鑰pk上傳至云端服務(wù)器保存；

S2、客戶(hù)端從云端獲取公鑰pk，用公鑰pk加密需要查詢(xún)頻度的記錄R得到密文RC，將RC上傳至云端服務(wù)器；

S3、云端服務(wù)器執(zhí)行同態(tài)運(yùn)算查詢(xún)加密的記錄RC在密文數(shù)據(jù)庫(kù)中的頻度密文csup；并在同態(tài)下進(jìn)行閾值判定，得到判定結(jié)果cresult；將cresult和csup發(fā)送至代理服務(wù)器；

S4、代理服務(wù)器用私鑰sk對(duì)cresult解密得到明文m，代表頻度判定結(jié)果；依據(jù)頻度判定結(jié)果m和csup解密結(jié)果向云端服務(wù)器發(fā)送信息sup；

S5、云端服務(wù)器將代理服務(wù)器返回的信息sup發(fā)送給客戶(hù)端。

進(jìn)一步地，所述步驟S1中的數(shù)據(jù)庫(kù)擁有者生成公鑰pk和私鑰sk，并將私鑰sk共享給代理服務(wù)器。

進(jìn)一步地，所述步驟S3中執(zhí)行同態(tài)運(yùn)算查詢(xún)RC在密文數(shù)據(jù)庫(kù)中的頻度密文csup具體操作如下：

首先，云端服務(wù)器將記錄RC與密文數(shù)據(jù)表中共l條密文記錄分別做同態(tài)運(yùn)算，得到l個(gè)密文cc₁,cc₂,…,cc_l，具體操作如下：云端服務(wù)器將記錄RC＝[rc₁,rc₂,…,rc_n]與密文數(shù)據(jù)庫(kù)中第i條密文記錄R_i＝[c_i1,c_i2,…,c_in]所對(duì)應(yīng)密文位rc_j和c_ij做同態(tài)加法運(yùn)算，得到n個(gè)密文位c’_ij＝FHE.Add(pk,rc_j,c_ij),j∈{1,2,…,n},i∈{1,2,…,l}；再將n個(gè)密文位c’_i1,c’_i2,…,c’_in分別與1的密文c_m1＝FHE.Enc(pk,1)做同態(tài)加法運(yùn)算，得到n個(gè)新的密文位cadd_ij＝FHE.Add(pk,c’_ij,c_m1)，i∈{1,2,…,n}；然后，將n個(gè)密文位cadd_i1,cadd_i2,…,cadd_in做同態(tài)乘法運(yùn)算，得到密文cc_i＝FHE.Mult(pk,cadd_i1,cadd_i2,…,cadd_in),i∈{1,2,…,l}；

接著，通過(guò)同態(tài)加法FHE.Add運(yùn)算和同態(tài)乘法FHE.Mult運(yùn)算將密文cc₁,cc₂,…,cc_l累加起來(lái)，得到記錄R的頻度密文csup，csup＝[cs_N,…,cs₂,cs₁]為N個(gè)密文位，

進(jìn)一步地，所述步驟S3中的在同態(tài)下進(jìn)行閾值判定，得到判定結(jié)果cresult的具體操作為：云端服務(wù)器將csup＝[cs_N,…,cs₂,cs₁]與cc_thd＝FHE.Enc(pk,-k)＝[cthd_N+1,cthd_N,…,cthd₁]做如下同態(tài)運(yùn)算：首先，令c_carry₀＝FHE.Enc(pk,0),然后對(duì)i取1直至N，將第i-1位進(jìn)位密文c_carry_i-1和csup的第i位密文位cs_i和cc_thd的第i位密文位cthd_i進(jìn)行同態(tài)加法和同態(tài)乘法運(yùn)算得到進(jìn)位密文c_carry_i＝FHE.Add(pk,FHE.Mult(pk,cthd_i,c_carry_i-1),FHE.Mult(pk,cs_i,FHE.Add(pk,cthd_i,c_carry_i-1)))；將最高進(jìn)位密文c_carry_N與cc_thd的最高密文位cthd_N+1＝FHE.Enc(pk,1)做同態(tài)加法運(yùn)算，得到密文cresult＝FHE.Add(pk,c_carry_N,cthd_N+1)。

進(jìn)一步地，所述步驟S4中根據(jù)cresult明文結(jié)果得到頻度判定結(jié)果具體操作如下：代理服務(wù)器用私鑰sk解密cresult得到明文m＝FHE.Dec(sk,cresult)，若m＝0，說(shuō)明記錄R的頻度不低于閾值，代理服務(wù)器向云端服務(wù)器發(fā)送csup解密得到的明文sup；若m＝1，判斷csup解密得到的明文sup，若sup＝0說(shuō)明數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有被查詢(xún)記錄R，向云端服務(wù)器發(fā)送sup＝0；若sup≠0說(shuō)明記錄R的頻度低于閾值，記錄R的信息敏感性強(qiáng)，容易泄露隱私信息，代理服務(wù)器向云端服務(wù)器發(fā)送sup＝-1。

進(jìn)一步地，用云端服務(wù)器處理密文運(yùn)算得到頻度，并將頻度與頻度閾值在密文狀態(tài)下進(jìn)行比較，用代理服務(wù)器對(duì)比較結(jié)果進(jìn)行解密判定，在這一過(guò)程中不存在泄露客戶(hù)端所查詢(xún)的記錄內(nèi)容、數(shù)據(jù)庫(kù)中頻度低于閾值的敏感記錄的情況。

一種面向云端數(shù)據(jù)發(fā)布保護(hù)安全及隱私的頻度測(cè)定系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括四方：數(shù)據(jù)庫(kù)擁有者、客戶(hù)端、代理服務(wù)器、云端服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫(kù)擁有者主要負(fù)責(zé)生成密鑰對(duì)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行加密外包處理，對(duì)頻度閾值負(fù)數(shù)-k的補(bǔ)碼進(jìn)行加密操作，并上傳至云端服務(wù)器，對(duì)代理服務(wù)器授權(quán)私鑰sk?？蛻?hù)端主要申請(qǐng)查詢(xún)記錄R的頻度。代理服務(wù)器得到數(shù)據(jù)庫(kù)擁有者授權(quán)，協(xié)助數(shù)據(jù)庫(kù)擁有者處理事務(wù)，包括保存客戶(hù)端私鑰sk，解密密文；云端服務(wù)器用于存儲(chǔ)密文數(shù)據(jù)庫(kù)、對(duì)密文進(jìn)行同態(tài)運(yùn)算操作。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明結(jié)合全同態(tài)加密技術(shù)，能夠在云環(huán)境下得到數(shù)據(jù)記錄的頻度密文并判定記錄的頻度是否符合隱私保護(hù)要求，同時(shí)確保整個(gè)過(guò)程不會(huì)泄露客戶(hù)端所查詢(xún)的記錄內(nèi)容、數(shù)據(jù)庫(kù)中頻度低于閾值的敏感記錄內(nèi)容，既能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)又方便云端進(jìn)行保護(hù)隱私的頻度測(cè)定。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供的面向云端數(shù)據(jù)發(fā)布保護(hù)安全及隱私的頻度測(cè)定方法操作流程圖；

圖2是本發(fā)明提供的面向云端數(shù)據(jù)發(fā)布保護(hù)安全及隱私的頻度測(cè)定方法和系統(tǒng)實(shí)施例示意圖；

圖3是本發(fā)明提供的面向云端數(shù)據(jù)發(fā)布保護(hù)安全及隱私的頻度測(cè)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

在介紹具體實(shí)現(xiàn)方式之前，先介紹一些全同態(tài)加密的基礎(chǔ)知識(shí)。同態(tài)加密方案包含四個(gè)概率時(shí)間多項(xiàng)式算法HE＝{KeyGen,Encrypt,Decrypt,Evaluate}，這四個(gè)算法的作用與過(guò)程如下，λ為安全參數(shù)：

KeyGen為生成方案密鑰算法。輸入安全參數(shù)λ，輸出得到公鑰pk，私鑰sk和公共評(píng)估密鑰evk，evk是運(yùn)算布爾電路所需公鑰信息。(pk,evk,sk)←HE.KeyGen(1^λ)。

Encrypt是密文生成算法。輸入公鑰pk和單比特信息m∈{0,1}，輸出得到一個(gè)密文c。c←HE.Enc_pk(m)。

Decrypt是對(duì)密文進(jìn)行解密。輸入私鑰sk和一個(gè)密文c，輸出得到信息m^*∈{0,1}。m^*←HE.Dec_sk(c)。

Evaluate是用于確保同態(tài)加密的正確性。同態(tài)加密的正確性就是將若干密文進(jìn)行同態(tài)計(jì)算得到的密文進(jìn)行解密處理之后得到的明文，與密文對(duì)應(yīng)的明文進(jìn)行相同計(jì)算所得結(jié)果是相等的。輸入評(píng)估密鑰evk，一個(gè)函數(shù)和密文輸出得到一個(gè)密文c_f。對(duì)c_f進(jìn)行解密處理得到的結(jié)果等于對(duì)應(yīng)明文進(jìn)行相同運(yùn)算的結(jié)果，即最主要的運(yùn)算操作是同態(tài)加法運(yùn)算HE.Add和同態(tài)乘法運(yùn)算HE.Mult。

本發(fā)明采用的是目前效率較高的基于RLWE的BGV全同態(tài)加密方案(Z.Brakerski,C.Gentry,and V.Vaikuntanathan.(leveled)fully homomorphic encryptionwithout bootstrapping.TOCT,6(3):13,2014.Preliminary version in ITCS 2012.)，為了便于理解，首先將對(duì)該全同態(tài)加密的原理做出介紹。

基于GLWE的基礎(chǔ)方案GHE的構(gòu)建如下：

1、GHE.Setup(1^λ,1^μ,b)：使用比特b∈{0,1}來(lái)決定我們是在給基于LWE方案(d＝1)還是基于RLWE方案(n＝1)設(shè)定參數(shù)，d參數(shù)表示估計(jì)多項(xiàng)式的度。選擇一個(gè)μ比特模數(shù)q和其他參數(shù)(d＝d(λ,μ,b)，n＝n(λ,μ,b)，χ＝χ(λ,μ,b))以確?；贕LWE方案的案例有著2^λ的安全性以抵抗格攻擊。讓和參數(shù)params＝(q,d,n,N,χ).

2、GHE.SecretKeyGen(params):選取s'←χⁿ，得到

3、GHE.PublicKeyGen(params,sk):把私鑰作為輸入sk＝s＝(1,s')，s[0]＝1，還有參數(shù)params。均勻生成一個(gè)矩陣一個(gè)向量e←χ^N和一個(gè)集合b←A's'+2e.設(shè)置A成為包含b的(n+1)列矩陣，后面部分是-A'的n列矩陣(A·s＝2e)。公鑰pk＝A。

4、GHE.Enc(params,pk,m):為了加密一個(gè)信息m∈R₂，設(shè)置取樣輸出密文

5、GHE.Dec(params,sk,c):輸出解密信息m←[[<c,s>]_q]₂。

無(wú)需自展的全同態(tài)加密算法實(shí)現(xiàn)如下：

第一、參數(shù)設(shè)定。本發(fā)明采用的全同態(tài)加密方案是基于多項(xiàng)式環(huán)的，多項(xiàng)式環(huán)d是2的次方冪，λ是同態(tài)加密方案的安全參數(shù)，密文多項(xiàng)式系數(shù)取μ比特模數(shù)q，L是二進(jìn)制運(yùn)算電路深度，其他參數(shù)(d＝d(λ,μ,b)，n＝n(λ,μ,b)，χ＝χ(λ,μ,b))以確保2^λ的安全性。n＝1就是設(shè)定基于RLWE的實(shí)例化。為了能夠讓全同態(tài)加密適用于全域匿名算法，設(shè)定明文空間為R₂＝R/2R。

第二、密鑰生成算法FHE.KeyGen。密鑰對(duì)生成如下：GHE.SecretKeyGen(params)：選取s'←χⁿ，得到私鑰GHE.PublicKeyGen(params,sk)：把私鑰作為輸入sk＝s＝(1,s')，s[0]＝1,還有參數(shù)params＝(q,d,n,N,χ)。均勻生成一個(gè)矩陣一個(gè)向量e←χ^N和一個(gè)集合b←A's'+2e.設(shè)置A成為包含b的(n+1)列矩陣，后面部分是-A'的n列矩陣(A·s＝2e)。公鑰pk＝A。

循環(huán)j＝L到0，運(yùn)行params_j←GHE.Setup(1^λ,1^(j+1)·μ,b)來(lái)得到遞減模的層級(jí)從q_L((L+1)·μbits)至q₀(μbits).循環(huán)j＝L-1至0，參數(shù)params_j中d_j的值被替換為d＝d_L，分布χ_j被替換為χ＝χ_L。

FHE.KeyGen(params_j):循環(huán)j＝L至0，如下實(shí)現(xiàn)：

1、運(yùn)行s_j←GHE.SecretKeyGen(params_j)and A_j←GHE.PublicKeyGen(params_j,s_j)。

2、設(shè)置s'_j是s_j的張量，它的系數(shù)是在R_qj中的s_j兩個(gè)系數(shù)的乘積。

3、設(shè)置s”_j←BitDecomp(s'_j,q_j)。

4、運(yùn)行τ_s”j+1→sj←SwitchKeyGen(s”_j,s_j-1)，當(dāng)j＝L時(shí)省略這一步。

私鑰sk包含所有s_j，公鑰pk包含所有A_j和τ_s”j+1→sj。

第三、加密算法FHE.Enc(params,pk,m):在R₂中找到信息m，運(yùn)行GHE.Enc(A_L,m)。GHE.Enc(pk,m):為了加密一個(gè)信息m∈R₂，設(shè)置取樣輸出密文

第四、解密算法FHE.Dec(params,sk,c):假設(shè)密文是在s_j下的，運(yùn)行GHE.Dec(s_j,c)。GHE.Dec(sk,c):輸出解密信息m←[[<c,s>]_q]₂。

第五、同態(tài)加法FHE.Add(pk,c₁,c₂):輸入兩個(gè)同樣用私鑰s_j加密的密文。設(shè)置c₃←c₁+c₂mod q_j。c₃就是在s'_j下的密文(s'_j的參數(shù)包括所有s_j的參數(shù)，因?yàn)椴⑶襰'_j的第一個(gè)系數(shù)為1)，輸出c₄＝FHE.Refresh(c₃,τ_s”j→sj-1,q_j,q_j-1)。

第六、同態(tài)乘法FHE.Mult(pk,c₁,c₂):輸入兩個(gè)同樣用私鑰s_j加密的密文。首先，新的密文是在私鑰下的，是線性等式的系數(shù)向量c₃，輸出c₄＝FHE.Refresh(c₃,τ_s”j→sj-1,q_j,q_j-1)。

FHE.Refresh(c,τ_s”j→sj-1,q_j,q_j-1):輸入私鑰s'_j下的密文，輔助信息τ_s”j→sj-1來(lái)幫助密鑰轉(zhuǎn)換，當(dāng)前和下一個(gè)模數(shù)為q_j和q_j-1，做以下工作：首先展開(kāi)c₁←Powersof2(c,q_j)。然后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化，c₂←Scale(c₁,q_j,q_j-1,2)，對(duì)應(yīng)私鑰s”_j和模數(shù)q_j-1。再進(jìn)行密鑰轉(zhuǎn)化，輸出c₃←SwitchKey(τ_s”j→sj-1,c₂,q_j-1)，對(duì)應(yīng)私鑰s_j-1和模數(shù)q_j-1。

其中c'＝Scale(c,p,q,2)為模轉(zhuǎn)化算法，p,q是兩個(gè)奇數(shù)模，c是一個(gè)整數(shù)向量，c'是一個(gè)接近(p/q)·c的整數(shù)向量并且滿(mǎn)足c'＝c mod 2。將x分解成為它的比特表示方法，輸出SwitchKeyGen(s₁,s₂,n₁,n₂,q)輸入兩個(gè)私鑰和私鑰的維數(shù)，模數(shù)q，私鑰s₂和運(yùn)行GHE.PublicKeyGen(s₂,N)得到公鑰A，生成B＝A+Powesof2(s₁,q)，然后輸出的輔助信息τ_s1→s2＝B實(shí)現(xiàn)交換。其中，

下面參考附圖并結(jié)合實(shí)例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明提供的面向云端數(shù)據(jù)發(fā)布保護(hù)安全及隱私的頻度測(cè)定方法操作流程圖。如圖1所示，本發(fā)明提供的面向云端數(shù)據(jù)發(fā)布保護(hù)安全及隱私的頻度測(cè)定方法包括步驟S1-S5。

步驟S1：數(shù)據(jù)庫(kù)擁有者用密鑰生成算法FHE.KeyGen生成公鑰pk和私鑰sk，將頻度閾值額負(fù)數(shù)-k的補(bǔ)碼加密后上傳云端服務(wù)器，再將數(shù)據(jù)庫(kù)用公鑰pk加密后上傳云端服務(wù)器，同樣將公鑰pk上傳至云端服務(wù)器。

步驟S2：客戶(hù)端從云端服務(wù)器請(qǐng)求得到公鑰pk，用公鑰pk加密所需查詢(xún)頻度的記錄R，得到密文RC，將RC上傳至云端服務(wù)器。

步驟S3：云端服務(wù)器執(zhí)行同態(tài)運(yùn)算得到RC的頻度csup，通過(guò)同態(tài)運(yùn)算進(jìn)行頻度閾值判定得到cresult，將csup與cresult發(fā)送給代理服務(wù)器。

步驟S4：代理服務(wù)器解密cresult得到明文m，解密csup得到明文sup，依據(jù)m與sup判斷記錄R的頻度是否大于閾值，依據(jù)判斷設(shè)定sup并發(fā)送給云端服務(wù)器。

步驟S5：云端服務(wù)器將sup發(fā)送給客戶(hù)端。

進(jìn)一步以圖2中的實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖2是本發(fā)明提供的面向云端數(shù)據(jù)發(fā)布保護(hù)安全及隱私的頻度測(cè)定方法和系統(tǒng)實(shí)施例示意圖。如圖2所示，本發(fā)明提供的面向云端數(shù)據(jù)發(fā)布保護(hù)安全及隱私的頻度測(cè)定方法包括步驟S1-S5，所提供的系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫(kù)擁有者、客戶(hù)端、代理服務(wù)器、云端服務(wù)器。

具體而言，以附圖2中的包含6條記錄的數(shù)據(jù)庫(kù)為例，假設(shè)每條加密的記錄用n個(gè)密文位表示，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)敘述。

步驟S1：數(shù)據(jù)庫(kù)擁有者采用同態(tài)密鑰生成算法生成公鑰pk和私鑰sk，并將數(shù)據(jù)庫(kù)中的記錄轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制表示之后用公鑰pk進(jìn)行加密處理，將得到的密文數(shù)據(jù)庫(kù)上傳至云端服務(wù)器，同時(shí)設(shè)置頻度閾值k為2，將其負(fù)值-k＝-2補(bǔ)碼用公鑰pk進(jìn)行加密，并上傳至云端服務(wù)器。在此聲明，數(shù)據(jù)庫(kù)、記錄以及同態(tài)運(yùn)算過(guò)程中，每次加密同一明文位都產(chǎn)生不同的密文，比如附圖2中記錄R₁密文形式的每個(gè)1'所代表的1的加密結(jié)果FHE.Enc(pk,1)都是互不相同的，同樣每個(gè)0'都是互不相同的。并且，數(shù)據(jù)庫(kù)擁有者也不向外界泄露設(shè)定的頻度閾值k。數(shù)據(jù)庫(kù)擁有者外包數(shù)據(jù)給云端服務(wù)器是一個(gè)不斷疊加的過(guò)程，在空閑時(shí)間完成即可。

步驟S2：客戶(hù)端通過(guò)向云端服務(wù)器發(fā)送查詢(xún)請(qǐng)求來(lái)得到自身想要查詢(xún)的記錄R的頻度。首先，客戶(hù)端向云端服務(wù)器請(qǐng)求公鑰pk，云端服務(wù)器將公鑰pk下傳至客戶(hù)端；其次，客戶(hù)端用公鑰pk對(duì)需要查詢(xún)頻度的記錄R＝{11,Female,375720}轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制[1,1,0,0,…,1]再進(jìn)行加密處理，得到密文記錄RC＝[1',1',0',0',…,1']；將RC發(fā)送給云端服務(wù)器進(jìn)行同態(tài)運(yùn)算。

步驟S3：首先，云端服務(wù)器將RC＝[1',1',0',0',…,1']與密文數(shù)據(jù)庫(kù)中共6條密文記錄進(jìn)行同態(tài)運(yùn)算，得到6個(gè)密文cc₁＝1',cc₂＝0',cc₃＝0',cc₄＝0',cc₅＝0',cc₆＝1'。以RC與R₂做同態(tài)計(jì)算得到cc₂為例，R₂＝[1',0',0',1',…,1']，將RC與R₂對(duì)應(yīng)的第i個(gè)密文為做同態(tài)加法運(yùn)算，得到n個(gè)密文0',1',0',1',…,0',i∈{1,2,…,n}；將上述n個(gè)密文分別與1的密文1'進(jìn)行同態(tài)加法運(yùn)算，得到新的n個(gè)密文1',0',1',0',…,1'；將上述n個(gè)密文位做同態(tài)乘法運(yùn)算FHE.Mult(pk,1',0',1',0',…,1')得到密文cc₂＝0'。同理，將RC與其他5條記錄做同態(tài)運(yùn)算即可。

然后，云端服務(wù)器對(duì)6個(gè)密文cc₁＝1',cc₂＝0',cc₃＝0',cc₄＝0',cc₅＝0',cc₆＝1'進(jìn)行累加，即可得到記錄R的頻度密文csup，具體操作如下：由于統(tǒng)計(jì)得到的最大可能頻度密文與數(shù)據(jù)庫(kù)記錄量相關(guān)，頻度密文位最多為首先，設(shè)置密文csup的初始值為3位0的密文csup＝[cs₃,cs₂,cs₁]＝[0',0',0']；然后，將密文csup加上第一個(gè)密文cc₁＝1'，運(yùn)算ccarry₁＝FHE.Mult(pk,1',0')得到進(jìn)位ccarry₁＝0'，運(yùn)算cs₁＝FHE.Add(pk,1',0')得到新的最低密文位cs₁＝1'，然后運(yùn)算ccarry_i＝FHE.Mult(pk,ccarry_i-1,cs_i),cs_i＝FHE.Add(pk,ccarry_i-1,cs_i),i∈{2,3}，得到進(jìn)位ccarry₂＝0',ccarry₃＝0'，新的密文位cs₃＝0',cs₂＝0'。于是，累加上第一個(gè)密文cc₁＝1'之后頻度密文csup＝[cs₃,cs₂,cs₁]＝[0',0',1']，接著累加其他5個(gè)密文，最終得到頻度密文csup＝[cs₃,cs₂,cs₁]＝[0',1',0']。

最后，云端服務(wù)器在得到頻度密文csup之后進(jìn)行閾值判定。閾值是數(shù)據(jù)庫(kù)擁有者設(shè)定并加密的，閾值密文cc_thd＝[cthd_N+1,cthd_N,…,cthd₁]包含N+1個(gè)密文位。本實(shí)例中cc_thd＝FHE.Enc(pk,-2)＝[cthd₄,cthd₃,cthd₂,cthd₁]＝[1',1',1',0']。首先，令c_carry₀＝FHE.Enc(pk,0),然后進(jìn)行同態(tài)運(yùn)算得到進(jìn)位c_{_}carry_i＝FHE.Add(pk,FHE.Mult(pk,cthd_i,c_carry_i-1),FHE.Mult(pk,cs_i,FHE.Add(pk,cthd_i,c_carry_i-1))),i∈{1,2,3}，其中c_carry₃＝1'；最后運(yùn)算cresult＝FHE.Add(pk,cthd₄,c_carry₃)得到判定結(jié)果cresult＝0'。云端服務(wù)器將得到的密文cresult下傳至代理服務(wù)器進(jìn)行解密。

步驟S4：代理服務(wù)器用私鑰sk解密cresult得到明文m＝FHE.Dec(sk,cresult)＝0，說(shuō)明記錄R＝{11,Female,375720}的頻度不低于閾值，代理服務(wù)器向云端服務(wù)器發(fā)送csup解密得到的明文sup＝[0,1,0]＝2。

步驟S5：云端服務(wù)器將sup＝2發(fā)送給客戶(hù)端，客戶(hù)端就得知記錄R＝{11,Female,375720}的頻度為2。

同樣，如果客戶(hù)端請(qǐng)求查詢(xún)的記錄R＝{32,Male,375722}的頻度，就會(huì)得到cresult的解密結(jié)果m＝FHE.Dec(sk,cresult)＝1，csup解密結(jié)果sup＝1，說(shuō)明R的頻度低于閾值并且為敏感記錄，向云端服務(wù)器發(fā)送sup＝-1；如果客戶(hù)端請(qǐng)求查詢(xún)的記錄R＝{67,Male,375720}的頻度，就會(huì)得到cresult的解密結(jié)果m＝FHE.Dec(sk,cresult)＝1，csup解密結(jié)果sup＝0，說(shuō)明數(shù)據(jù)庫(kù)中不存在記錄R，向云端服務(wù)器發(fā)送sup＝0；

圖3是本發(fā)明提供的面向云端數(shù)據(jù)發(fā)布的保護(hù)數(shù)據(jù)安全及隱私的頻度測(cè)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，本發(fā)明提供的面向云端數(shù)據(jù)發(fā)布的保護(hù)數(shù)據(jù)安全及隱私的頻度測(cè)定系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫(kù)擁有者、客戶(hù)端、代理服務(wù)器、云端服務(wù)器四個(gè)部分。所述數(shù)據(jù)庫(kù)擁有者連接云端服務(wù)器和代理服務(wù)器，所述客戶(hù)端代理連接數(shù)據(jù)庫(kù)擁有者和云端服務(wù)器，所述客戶(hù)端連接云端服務(wù)器。所述數(shù)據(jù)庫(kù)擁有者用于生成公鑰pk和私鑰sk，并將私鑰sk共享給代理服務(wù)器，將公鑰pk發(fā)送給云端服務(wù)器，將數(shù)據(jù)庫(kù)用公鑰pk加密之后發(fā)送給云端服務(wù)器，并設(shè)置頻度閾值k，對(duì)-k的補(bǔ)碼用公鑰pk加密后發(fā)送給云端服務(wù)器。所述客戶(hù)端向云端服務(wù)器發(fā)送使用公鑰請(qǐng)求和查詢(xún)頻度請(qǐng)求，從云端服務(wù)器得到公鑰pk之后，用公鑰pk加密需查詢(xún)頻度的記錄R，并向云端服務(wù)器發(fā)送R的密文RC。所述云端服務(wù)器執(zhí)行同態(tài)運(yùn)算，包括同態(tài)加法運(yùn)算和同態(tài)乘法運(yùn)算，得到頻度密文csup和頻度判定密文cresult并發(fā)送給代理服務(wù)器，同時(shí)將代理服務(wù)器返回的sup信息發(fā)送給客戶(hù)端。所述代理服務(wù)器用私鑰sk對(duì)密文csup和密文cresult進(jìn)行解密，并依據(jù)解密結(jié)果判定頻度與閾值關(guān)系，發(fā)送相應(yīng)sup信息給云端服務(wù)器。

綜上所述，通過(guò)本發(fā)明實(shí)例提供的面向云端數(shù)據(jù)發(fā)布保護(hù)安全及隱私的頻度測(cè)定方法和系統(tǒng)，在四方參與和不泄露明文的情況下，由代理服務(wù)器對(duì)密文解密進(jìn)而執(zhí)行頻度閾值判斷，依據(jù)判斷結(jié)果向云端服務(wù)器返回頻度信息，再由云端服務(wù)器將信息返回給客戶(hù)端，而云端所有記錄以密文形式保存，即利用了云計(jì)算的高效性，又保證了記錄信息的安全性。

本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。