本發(fā)明屬于信息安全技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種個(gè)人醫(yī)療信息隱私保護(hù)方法。

背景技術(shù)：

隨著醫(yī)療事業(yè)的蓬勃發(fā)展，相對(duì)于傳統(tǒng)紙質(zhì)病例，電子病歷有許多好處。以病人為中心的醫(yī)療病例的隱私/安全保護(hù)也成為醫(yī)療工業(yè)界信息化發(fā)展的迫切需求。

在云技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)的有力推動(dòng)下，云計(jì)算、云存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)共享技術(shù)成為允許文件擁有者方便存儲(chǔ)，用戶方便訪問的有前途的一種技術(shù)。然而，在存儲(chǔ)、共享數(shù)據(jù)時(shí)，文件擁有者越來越關(guān)心存儲(chǔ)的隱私和數(shù)據(jù)的可靠訪問。本發(fā)明，對(duì)比于現(xiàn)有數(shù)據(jù)共享方案，重點(diǎn)介紹了安全可靠云數(shù)據(jù)共享服務(wù)，特別的，將研究隱私保護(hù)和可抗共謀、可識(shí)別欺騙者的的功能要求，具體體現(xiàn)以下幾方面。

1、由于病人的病例在存儲(chǔ)時(shí)，與病情無關(guān)、但會(huì)涉及病人的個(gè)人隱私的一些信息，如姓名、電話、身份證號(hào)碼、家庭住址等，因此在電子病歷資料的存儲(chǔ)時(shí)，需要對(duì)這部分信息進(jìn)行隱私處理；

2、患者的醫(yī)療病歷由患者本人以密文形式安全存儲(chǔ)于服務(wù)器，例如云服務(wù)器，文件擁有者(owner)并對(duì)可訪問用戶進(jìn)行授權(quán)；

3、在某些特殊場(chǎng)合(車禍、非正常死亡、醫(yī)療理賠等)，因工作需要，如，醫(yī)療取證時(shí)，患者電子病歷資料應(yīng)該能夠被查看，特別的，為了公平和公正，防止病歷信息外泄、被不法分子利用，做出一些影響公允判定的行為，因此，病例信息的訪問需要在一種具有相互監(jiān)督的機(jī)制下進(jìn)行，以及當(dāng)有參與者共謀時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)并指出欺騙者。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種個(gè)人醫(yī)療信息隱私保護(hù)方法，基于具有一般訪問控制結(jié)構(gòu)的秘密分享，在云存儲(chǔ)模式下，以患者為中心進(jìn)行電子病歷安全訪問，具有監(jiān)督功能；為達(dá)到以患者為中心的安全存儲(chǔ)，借鑒了cp-abe的結(jié)構(gòu)框架，根據(jù)監(jiān)督群組數(shù)，設(shè)立秘密的個(gè)數(shù)，將秘密嵌入到密文中。密文恢復(fù)時(shí)，秘密份額分配給各組中用戶。其中，在隱藏與病情無關(guān)的患者敏感信息時(shí)，采用了bloomfilter對(duì)隱私信息進(jìn)行隱藏。為了防止群組中用戶進(jìn)行共謀，采用rs碼糾錯(cuò)技術(shù)檢測(cè)欺騙行為和識(shí)別欺騙者。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種個(gè)人醫(yī)療信息隱私保護(hù)方法，包括如下步驟：

(1)系統(tǒng)初始化

密鑰生成中心(thepublickeygeneration，pkg)選擇一個(gè)大素?cái)?shù)，取素?cái)?shù)階為p的兩個(gè)循環(huán)群g1和g2，g1中兩個(gè)獨(dú)立的生成元g，e為一個(gè)雙線性映射，定義為從二元向量g1×g1到群g2上的映射：e:g1×g1→g2，一個(gè)單射函數(shù)μ:gf(p)×{1,…,n}→gf(q)和抗碰撞的哈希函數(shù)h(·)，其中所述雙線性映射e，滿足下列性質(zhì)：

(a)雙線性性：對(duì)所有的整數(shù)a和b，均有e(g^a,g^b)＝e(g,g)^ab；

(b)非奇異性：e(g,g)≠1；

然后執(zhí)行如下步驟：

(1.1)用戶idi向pkg注冊(cè)，設(shè)表示非零整數(shù)集合，用戶idi隨機(jī)選取非零整數(shù)作為自己的私鑰，然后計(jì)算g的冪作為自己公鑰；

(1.2)設(shè)將要分享某文件的所有用戶的集合為u，為便于對(duì)用戶的管理，pkg按照用戶身份的屬性，取一個(gè)分組函數(shù)通過該函數(shù)對(duì)用戶集合u劃分為n個(gè)不同的用戶群組，分別記為u1,…,un，則有u＝u1∪…∪un；對(duì)用戶idi，通過劃分函數(shù)將用戶idi劃分到群組1～n中，即則為用戶所在組的標(biāo)識(shí)，設(shè)則也稱用戶id屬于群組k，群組也記為uk；公式中箭頭表示“到”，→是從集合出發(fā)，是從元素出發(fā)；

(1.3)然后，pkg為群組隨機(jī)選取指數(shù)ak,αk∈zp，k∈{1,…,n}其中zp表示模p整數(shù)集；

(1.4)計(jì)算系統(tǒng)公共參數(shù)：系統(tǒng)主密鑰為：msk＝{α1,…,αn}；其中μ是一個(gè)單射函數(shù)，q是群g1中的人一個(gè)元素；

(2)密文產(chǎn)生

(2.1)文件擁有者(owner)對(duì)每組用戶選擇一個(gè)整數(shù)張成矩陣和一個(gè)隨機(jī)指數(shù)s1,…,sn作為該組要分享的秘密，對(duì)劃分后的群組設(shè)該組用戶數(shù)為lk，該群組對(duì)應(yīng)的整數(shù)張成記為(mk,ρk)，其中ρk是矩陣mk的行標(biāo)記函數(shù)，ρk,j表示mk的第j行，文件擁有者選取n個(gè)隨機(jī)指數(shù){sk|k∈{1,…,n}}對(duì)數(shù)據(jù)加密，指數(shù)為隨機(jī)選取，用于設(shè)計(jì)該組用戶將要分享的組秘密，計(jì)算密文其中c0表示密文c的第1項(xiàng)，密文第2項(xiàng)記為c1，……，密文第n+1項(xiàng)記為cn；

(2.2)文件擁有者為保護(hù)個(gè)人隱私，采用屬性名和屬性值相分離的方式將個(gè)人屬性信息匿名處理，設(shè)文件擁有者的個(gè)人隱私記錄為對(duì)應(yīng)屬性名稱信息為attnameowner＝(att1,…,attk)，其中att1,…,attk為擁有者隱私信息的名稱，例如姓名，電話，住址，為每一個(gè)名稱的實(shí)際值，例如張三，15353121287，北京昌平區(qū)，文件擁有者為保護(hù)隱私信息，首先選取一個(gè)哈希函數(shù)h(·)，將屬性取值代入到哈希函數(shù)中，計(jì)算出個(gè)人標(biāo)簽tagowner＝h(attvalueowner)，然后選取o個(gè)哈希函數(shù)，將個(gè)人標(biāo)簽代入這o個(gè)哈希函數(shù)中，構(gòu)造一個(gè)布魯姆過濾器bloomfilter函數(shù)bfdatafile＝bf(tagowner)＝[h1(tagowner),h2(tagowner),…,ho(tagowner)]；

(2.3)文件擁有者將經(jīng)上述得到的bloomfilter函數(shù)bfdatafile作為文件標(biāo)簽，與每個(gè)群組的整數(shù)張成記(mk,ρk)，以及產(chǎn)生的密文c0,…,cn，一起構(gòu)成含個(gè)人標(biāo)簽的密文文件<bfdatafile,(mk,ρk),c0,ck>k＝1～n以匿名形式上傳至云服務(wù)器；

(2.4)最后，每個(gè)文件是以如下形式存儲(chǔ)于云服務(wù)器上：

(3)密鑰產(chǎn)生及分配

設(shè)用戶idi經(jīng)群組劃分，所在群組為記錄用戶idi在群組中，需要為群組中的用戶重新編號(hào)，設(shè)用戶idi在群組中序號(hào)為j，記用戶編號(hào)為也記為idi→j；

(3.1)用戶idi隨機(jī)選取作為自己的私鑰，然后計(jì)算作為公鑰；

(3.2)文件擁有者按用戶所在群組uk向用戶idi頒發(fā)密鑰：

a)文件擁有者對(duì)該組用戶取一整數(shù)張成為(mk,ρk)，其中文件擁有者隨機(jī)選取一個(gè)向量作為秘密向量，其中sk為文件擁有者對(duì)該群組中的用戶進(jìn)行分享的秘密，計(jì)算秘密分享的份額向量其中是矩陣mk中的第i個(gè)行向量；

b)文件擁有者計(jì)算用戶私鑰及份額驗(yàn)證碼

c)文件擁有者隨機(jī)選取一個(gè)t次多項(xiàng)式rk(x)∈gfq(x)和利用單射函數(shù)μ:gf(p)×{1,…,n}→gf(q)，計(jì)算將結(jié)果記為也記為

d)文件擁有者從pkg獲得用戶idi的公鑰將安全傳輸給用戶idi；

(3.3)用戶idi對(duì)接收到的秘密份額利用私鑰對(duì)ski→j解密：

a)用戶首先利用份額驗(yàn)證信息以及公鑰驗(yàn)證等式：是否成立；

b)對(duì)ski→j，利用個(gè)人私鑰計(jì)算

c)用戶idi得到自己的解密密鑰

(4)數(shù)據(jù)解密

記群組的一個(gè)授權(quán)用戶集合為ak，則n個(gè)群組所對(duì)應(yīng)的n個(gè)授權(quán)用戶集合即為

(4.1)所述授權(quán)用戶利用公開的哈希函數(shù)h(·)，根據(jù)所知道的文件擁有者的個(gè)人隱私記錄attvalueowner計(jì)算想要解密的數(shù)據(jù)文件的用戶(owner)的標(biāo)簽：tagowner＝h(attvalueowner)，提交給云服務(wù)器；

(4.2)云服務(wù)器接收到標(biāo)簽tagowner：

a)根據(jù)tagowner首先驗(yàn)證該標(biāo)簽tagowner是否滿足密文記錄信息對(duì)應(yīng)的bloom過濾器bf[h1(tagowner)]＝bf[h2(tagowner)]＝…＝bf[ho(tagowner)]＝1

b)如果滿足，將相應(yīng)的密文文件<bfdatafile,(mk,ρk),c0,ck>k＝1～n發(fā)送給授權(quán)用戶集ak；

(4.3)群組ak中的所有用戶提交個(gè)人密鑰信息按如下方式解密密文數(shù)據(jù)：

a)由利用rs碼的berlekamp算法，重構(gòu)

b)每個(gè)群組對(duì)該組用戶提交的份額檢測(cè)是否成立，若不成立，則為一個(gè)偽造份額，將idi→j加入到欺騙者名單lk；每個(gè)群組都以此方法識(shí)別欺騙者，并使欺騙者交出正確秘密份額；

(4.4)如果所有授權(quán)集合中都沒有欺騙者，則授權(quán)用戶按如下方式共同解密密文：

a)授權(quán)集合ak中的用戶首先選擇常數(shù)βk，滿足其中k＝1～n；

b)計(jì)算的盲化因子：

最后，利用密文第1項(xiàng)c0再解出消息

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

與現(xiàn)有的數(shù)據(jù)分享方案相比，該方案可提供如下方面的安全性和效率優(yōu)勢(shì)：

1)云服務(wù)器可以通過數(shù)據(jù)文件標(biāo)簽輔助搜索記錄，而對(duì)數(shù)據(jù)的所有者的明文和所有者的個(gè)人敏感信息一無所知。

2)可以訪問數(shù)據(jù)文件的用戶是由數(shù)據(jù)所有者授權(quán)的，他可以驗(yàn)證由所有者發(fā)送的密鑰，未授權(quán)用戶得不到數(shù)據(jù)文件的任何明文信息。

3)可有效識(shí)別提供虛假解密密鑰的不誠(chéng)實(shí)的云用戶，從而使密文在這些用戶的監(jiān)督下能夠安全、正確地解密。

附圖說明

圖1是bloom過濾器保護(hù)文件擁有者個(gè)人隱私示意圖。

圖2是本發(fā)明方案總體示意圖。

圖3是本發(fā)明文件存儲(chǔ)于云服務(wù)器上的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。

首先介紹理解本發(fā)明所需具備的預(yù)備知識(shí)：

1、雙線性映射

設(shè)g1和g2是素?cái)?shù)階為p的兩個(gè)循環(huán)群，g是g1的生成元，取映射e:g1×g1→g2，稱e是一個(gè)雙線性映射，它滿足下列性質(zhì)：

(1)雙線性性：對(duì)所有的a和b，均有e(g^a,g^b)＝e(g,g)^ab。

(2)非奇異性：e(g,g)≠1。

2、訪問結(jié)構(gòu)和單調(diào)張成

定義1訪問結(jié)構(gòu)

設(shè){p1,p2,…,pn}是一組參與方。集合是單調(diào)的，如果對(duì)有和則有訪問結(jié)構(gòu)(也稱之為單調(diào)訪問結(jié)構(gòu))設(shè)是{p1,p2,…,pn}的一個(gè)非空子集的集合，即集合中的集合稱為授權(quán)集，而不包括的集合稱為非授權(quán)集。

一個(gè)線性秘密共享方案可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)訪問結(jié)構(gòu)，分配者持有秘密y并將y分配給用戶，使得y可以從這些授權(quán)集的份額經(jīng)線性組合重構(gòu)。然而，一個(gè)未經(jīng)授權(quán)的組合是得不到秘密的任何信息的。

訪問結(jié)構(gòu)和正是張成具有緊密聯(lián)系。

定義2單調(diào)張成

設(shè)是一個(gè)域，{x1,…,xn}是一組變量。上張成方案是一個(gè)標(biāo)記矩陣m是上矩陣，ρ是m的行標(biāo)函數(shù)，將m的行對(duì)應(yīng)著{x1,…,xn}中的一個(gè)。

3、bloom過濾器

bloom過濾器是一個(gè)簡(jiǎn)單有效的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，它是由一組hash函數(shù)bf(x)＝(h1(x),…,hk(x))構(gòu)成，滿足兩個(gè)運(yùn)算：add(x)和query(x)，在本發(fā)明中x標(biāo)示文件擁有者的標(biāo)簽tagowner。在本發(fā)明中，利用bloom過濾器隱藏文件擁有者的個(gè)人敏感信息，圖1給出了一個(gè)例子：設(shè)文件擁有者的姓名是smith，移動(dòng)電話是13387861910，家庭住址72ndstreet,jacksonheights,newyork，設(shè)一般個(gè)人隱私信息的屬性名稱為attnameowner＝(name,telephonenumber,address)，則該文件擁有者的隱私取值為attvalueowner＝(smith||13387861910||72ndstreet,jacksonheights,newyork)，則文件標(biāo)簽為tagowner＝h(attvalueowner)，通過文件標(biāo)簽tagowner，構(gòu)造了文件的bloom過濾器bfdatafile＝bf(tagowner)，在圖1中令

4、reed-solomon碼

在編碼理論中rs碼可以用來糾隨機(jī)信息錯(cuò)誤。mceliece和sarwate曾指出shamir的秘密分享方案非常接近于rs糾錯(cuò)編碼，一個(gè)(k,n)秘密分享的份額構(gòu)成了rs碼的一個(gè)碼字，因此，可得出結(jié)論：k+2t個(gè)份額可糾t個(gè)錯(cuò)誤。通過lagrange插值，容易看出一個(gè)k-1次的多項(xiàng)式f(x)，可以由f(1),…,f(n)唯一確定，當(dāng)且僅當(dāng)n≥k+2t，其中t是欺騙者的個(gè)數(shù)。早在2011年，obana設(shè)計(jì)了一個(gè)有效的無條件安全的秘密分享，滿足在(k-1)/3≥t條件下，可識(shí)別出t個(gè)欺騙者。

基于以上預(yù)備知識(shí)，參考圖2，本發(fā)明執(zhí)行過程如下：

1、系統(tǒng)初始化

密鑰生成中心(thepublickeygeneration，pkg)選擇一個(gè)大素?cái)?shù)，取階數(shù)為p的群g1和g2，g1中兩個(gè)獨(dú)立的生成元g，雙線性映射e:g1×g1→g2，以及一個(gè)單射函數(shù)μ:gf(p)×{1,…,n}→gf(q)(例如μ(x,y)＝(y-1)p+x，其中p,q為素?cái)?shù))，和抗碰撞的哈希函數(shù)h(·)。

(1.1)用戶idi向pkg注冊(cè)。用戶idi隨機(jī)選取作為自己的私鑰，然后計(jì)算作為自己公鑰。

(1.2)設(shè)將要分享該文件的所有用戶的集合為u。為便于對(duì)用戶的管理，pkg按照用戶身份的屬性，取一個(gè)分組函數(shù)通過該函數(shù)對(duì)用戶集合u劃分為n個(gè)不同的用戶群組，如：醫(yī)生組，親屬組，律師組等，分別記為u1,…,un，則有u＝u1∪…∪un。對(duì)用戶id，則有設(shè)即經(jīng)過劃分，用戶id屬于群組為簡(jiǎn)便起見，稱為用戶所在組的標(biāo)識(shí)，簡(jiǎn)記為uk。

(1.3)然后，對(duì)群組pkg為群組uk隨機(jī)選取指數(shù)ak,αk∈zp，

(1.4)計(jì)算系統(tǒng)公共參數(shù)：系統(tǒng)主密鑰為：msk＝{α1,…,αn}。

2、密文產(chǎn)生(數(shù)據(jù)/文件共享)

(2.1)文件擁有者對(duì)每組用戶選擇一個(gè)整數(shù)張成矩陣和一個(gè)隨機(jī)指數(shù)作為該組要分享的秘密。對(duì)劃分后的群組uk，設(shè)該組用戶數(shù)為lk，該群組對(duì)應(yīng)的整數(shù)張成記為(mk,ρk)，其中ρk是矩陣mk的行標(biāo)記函數(shù)，ρk,j表示mk的第j行。文件擁有者選取n個(gè)隨機(jī)指數(shù){skk∈{1,…,n}}對(duì)數(shù)據(jù)加密，指數(shù)為隨機(jī)選取，用于設(shè)計(jì)該組用戶將要分享的組秘密。計(jì)算密文

(2.2)文件擁有者為保護(hù)個(gè)人隱私，將個(gè)人屬性信息，如姓名、電話、住址等信息，匿名處理，這里采用屬性名和屬性值相分離的技巧。例如，文件擁有者姓名為smith，移動(dòng)電話是13387861910，家庭住址是72ndstreet,jacksonheights,newyork。如果設(shè)文件擁有者的個(gè)人隱私記錄為對(duì)應(yīng)屬性名稱信息為attnameowner＝(att1,…,attk)。則，該例子中屬性名為

attnameowner＝(name,telephonenumber,address)，

屬性值為

attvalueowner＝(smith||13387861910||72ndstreet,jacksonheights,newyork)。

文件擁有者為保護(hù)隱私信息，首先計(jì)算個(gè)人標(biāo)簽tagowner＝h(attvalueowner)，然后構(gòu)造一個(gè)bloomfilter函數(shù)bfdatafile＝bf(tagowner)。

(2.3)文件擁有者將包含個(gè)人標(biāo)簽的將密文信息

<bfdatafile,(mk,ρk),c0,ck>k＝1～n

以匿名形式上傳至云服務(wù)器。

(4)最后，每個(gè)文件是以圖3所示形式存儲(chǔ)于云服務(wù)器上。

3、密鑰產(chǎn)生及分配

設(shè)用戶idi經(jīng)群組劃分，所在群組uk。為記錄用戶idi在群組uk中，需要為群組uk中的用戶重新編號(hào)。不妨設(shè)用戶idi在群組uk中序號(hào)為j，為不至于產(chǎn)生混淆，記用戶編號(hào)為也簡(jiǎn)記為idi→j。

(3.1)用戶idi隨機(jī)選取作為自己的私鑰，然后計(jì)算作為公鑰。

(3.2)文件擁有者按用戶所在群組uk向用戶idi頒發(fā)密鑰。

a)文件擁有者對(duì)該組用戶取一整數(shù)張成為(mk,ρk)，其中文件擁有者隨機(jī)選取一個(gè)向量作為秘密向量，其中sk為文件擁有者對(duì)該群組uk中的用戶進(jìn)行分享的秘密。計(jì)算秘密分享的份額向量其中是矩陣mk中的第i個(gè)行向量。

b)文件擁有者計(jì)算用戶私鑰及份額驗(yàn)證碼

c)文件擁有者隨機(jī)選取一個(gè)t次多項(xiàng)式rk(x)∈gfq(x)和利用單射函數(shù)μ:gf(p)×{1,…,n}→gf(q)，計(jì)算將結(jié)果記為簡(jiǎn)記為

d)文件擁有者從pkg獲得用戶idi的公鑰hidi，將安全傳輸給用戶idi。

(3.3)用戶idi對(duì)接收到的秘密份額利用私鑰對(duì)ski→j解密：

a)用戶首先利用份額驗(yàn)證信息以及公鑰驗(yàn)證等式：也即是否成立。

b)對(duì)ski→j，利用個(gè)人私鑰計(jì)算

c)用戶idi得到自己的解密密鑰

4、數(shù)據(jù)解密

記群組uk的(一個(gè))授權(quán)用戶集合為ak，則n個(gè)群組所對(duì)應(yīng)的n個(gè)授權(quán)用戶集合即為

(4.1)(這些)授權(quán)集合利用h(·)，計(jì)算想要解密的數(shù)據(jù)文件的用戶(owner)的標(biāo)簽：tagowner＝h(attvalueowner)，提交給云服務(wù)器。

(4.2)云服務(wù)器接收到標(biāo)簽tagowner。

a)根據(jù)tagowner首先驗(yàn)證是否滿足密文(記錄)信息對(duì)應(yīng)的bloom過濾器

bf[h1(tagowner)]＝bf[h2(tagowner)]＝…＝bf[ho(tagowner)]＝1。

b)如果滿足，將相應(yīng)的密文文件<bfdatafile,(mk,ρk),c0,ck>k＝1～n發(fā)送給授權(quán)用戶集ak。

(4.3)ak中的所有用戶提交個(gè)人密鑰信息按如下方式解密密文數(shù)據(jù)。

a)由利用rs碼的berlekamp算法，重構(gòu)

b)每個(gè)群組uk對(duì)該組用戶提交的份額檢測(cè)是否成立，若不成立，則為一個(gè)偽造份額，將idi→j加入到欺騙者名單lk。每個(gè)群組都可此方法識(shí)別欺騙者，并使欺騙者交出正確秘密份額。

(4.4)如果所有授權(quán)集合中都沒有欺騙者，則授權(quán)用戶按如下方式共同解密密文(若任一個(gè)授權(quán)集合中有用戶提供偽造份額，則導(dǎo)致該群組份額錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致密文解密失敗)。

a)授權(quán)集合ak中的用戶首先選擇常數(shù)βk，滿足其中k＝1～n。

b)計(jì)算的盲化因子：

最后，利用密文第1項(xiàng)c0再解出消息