隱私保護(hù)的私有信息檢索在云環(huán)境中的應(yīng)用.pdf

1、云計(jì)算技術(shù)的蓬勃發(fā)展，使得越來(lái)越多的企業(yè)和個(gè)人將數(shù)據(jù)外包到云端并通過(guò)云服務(wù)商的IT資源，提供對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理、共享交換。然而，云環(huán)境的復(fù)雜性以及租戶行為的不確定等眾多因素往往導(dǎo)致用戶的數(shù)據(jù)安全和隱私無(wú)法得到保障。因此，提供一些方法來(lái)保證既能合作共享需要的信息，又能保證私有信息不被泄露變得十分重要。私有信息檢索(PrivateInformation Retrieval，PIR)的提出就是為了解決這樣一類問(wèn)題:用戶向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方提交查詢請(qǐng)求

2、，在確保交互雙方私有信息不被泄露的條件下完成查詢，得到需要的數(shù)據(jù)。針對(duì)現(xiàn)有的私有信息檢索協(xié)議存在的復(fù)雜度過(guò)高、協(xié)議執(zhí)行效率低下、缺少在云環(huán)境下的并行擴(kuò)展以及協(xié)議的實(shí)際應(yīng)用、對(duì)服務(wù)器端數(shù)據(jù)安全保護(hù)不夠、協(xié)議實(shí)用性差等不足，圍繞私有信息檢索協(xié)議、協(xié)議在MapReduce計(jì)算框架下的并行實(shí)現(xiàn)、通信復(fù)雜度優(yōu)化、公鑰加密數(shù)據(jù)基于關(guān)鍵字PIR查詢等，展開(kāi)了三個(gè)方面的研究工作。
　　為降低私有信息檢索計(jì)算復(fù)雜度提高協(xié)議執(zhí)行效率，提出基于MapR

3、educe計(jì)算框架并行模式的PIR協(xié)議稱為hcPIRMR，即是將基于同態(tài)密碼體制的計(jì)算安全私有信息檢索協(xié)議(Computational Private Information Retrieval，cPIR)擴(kuò)展到提供MapReduce計(jì)算框架的云環(huán)境中。通過(guò)將外包數(shù)據(jù)分發(fā)存儲(chǔ)到云環(huán)境中的不同節(jié)點(diǎn)，hcPIRMR協(xié)議在查詢處理階段，使用MapReduce計(jì)算框架的“并行(parallelization)”和“聚集(aggregation)

4、”階段，對(duì)云端外包數(shù)據(jù)進(jìn)行并行的查詢處理，將原本集中的計(jì)算開(kāi)銷分擔(dān)到多個(gè)不同的工作節(jié)點(diǎn)，在保證查詢隱私的前提下提高協(xié)議整體執(zhí)行效率。
　　在用戶進(jìn)行多查詢的情形下，提出批量查詢和查詢緩存的優(yōu)化方法。一般PIR協(xié)議實(shí)現(xiàn)，對(duì)用戶的每次查詢需構(gòu)造等長(zhǎng)于數(shù)據(jù)庫(kù)元素?cái)?shù)量的查詢向量提交服務(wù)端，且再次查詢需重新構(gòu)建查詢向量再提交，造成查詢用戶和服務(wù)器端大量的通信開(kāi)銷。我們構(gòu)造了基于偏移的多查詢方法，在用戶進(jìn)行多次查詢時(shí)，在云端緩存初始查詢，后續(xù)

5、查詢只傳輸基于起始查詢?cè)氐钠x，有效降低了查詢交互雙方的通信量。
　　針對(duì)PIR協(xié)議的實(shí)用性以及服務(wù)端數(shù)據(jù)安全保護(hù)不夠問(wèn)題，提出基于公鑰加密方案和私有信息檢索方法結(jié)合的密文關(guān)鍵字檢索方案，將hcPIRMR作為提出方案的組成部分并利用完美哈希函數(shù)工具，構(gòu)建云環(huán)境下外包服務(wù)場(chǎng)景的公鑰加密數(shù)據(jù)基于關(guān)鍵字檢索方案。方案將PIR保護(hù)訪問(wèn)模式以及公鑰加密有效性和保證存儲(chǔ)數(shù)據(jù)安全性結(jié)合起來(lái)，完成云加密數(shù)據(jù)基于關(guān)鍵字的隱私保護(hù)查詢，方案保障查詢