私有信息檢索中若干關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、安全多方計(jì)算(Secure Multi-party Computation，SMC)是研究多方協(xié)作計(jì)算問題的，即互不信任的兩個(gè)或多個(gè)用戶能夠進(jìn)行協(xié)作計(jì)算某項(xiàng)計(jì)算任務(wù)，并且保證自己的私有輸入是安全的。該問題由姚期智教授于1982年提出，1987年，0.Goldreich，S.Micali等提出了密碼學(xué)安全的安全多方計(jì)算協(xié)議，該協(xié)議可以用來計(jì)算任意函數(shù)。但1998年，0.Goldreich指出，對(duì)于安全多方計(jì)算中的特殊問題，使用通用的協(xié)議來

2、解決已經(jīng)達(dá)不到理想的效果了，針對(duì)這些特殊問題設(shè)計(jì)相應(yīng)的安全多方協(xié)議，可以高效的解決問題。正是在這一思想的推動(dòng)以及學(xué)者的深入研究之下，安全多方計(jì)算細(xì)化出了很多研究方向，如：保護(hù)隱私的計(jì)算幾何、私有信息檢索、電子投票、電子拍賣、統(tǒng)計(jì)分析等，促進(jìn)安全多方計(jì)算能夠解決更多的實(shí)際問題。這其中私有信息檢索是一個(gè)重要而又實(shí)際的問題，在軍事、商業(yè)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。
　　 私有信息檢索(Private Information Retrieval，

3、PIR)的問題描述是：服務(wù)器Bob擁有一個(gè)數(shù)據(jù)庫，其中有n個(gè)數(shù)據(jù)d1，d2，…，dn，客戶端Alice要查詢這個(gè)數(shù)據(jù)庫的某條數(shù)據(jù)di，而Bob卻不知道i的值。這是最一開始的PIR，后來發(fā)展為對(duì)服務(wù)器的數(shù)據(jù)隱私也進(jìn)行保護(hù)，即Alice除了di得不到任何其他信息，這就是對(duì)稱的私有信息檢索(Symmetrically-Private Information Retrieval，SPIR)。按對(duì)隱私的保護(hù)程度，我們可以將私有信息檢索分為三種：<

4、br>　　 ①絕對(duì)安全的，即信息論安全的私有信息檢索，此類的PIR提供一個(gè)很強(qiáng)的安全概念，在假設(shè)攻擊者的計(jì)算能力是無限制的條件下保證用戶的隱私性能夠完全的被保護(hù)；
　　 ②相對(duì)安全的，即計(jì)算安全的私有信息檢索，此類PIR沒有很強(qiáng)烈的安全概念，假設(shè)攻擊者的計(jì)算能力是在多項(xiàng)式的時(shí)間內(nèi)是有限制的，它常?；谝恍┟艽a學(xué)上的計(jì)算難題，具有一定的實(shí)用意義；
　　 ③輔助安全的，即基于安全硬件的私有信息檢索，借助一些安全硬件作為輔助

5、設(shè)施，這些安全硬件都有著設(shè)備齊全的安全環(huán)境、處理器和安全存儲(chǔ)空間，因此此類的PIR具有很高的執(zhí)行效率。
　　 另外，我們還可以按參與方是否誠實(shí)將私有信息檢索劃分為：惡意模型的私有信息檢索和半誠實(shí)模型的私有信息檢索。私有信息檢索是安全多方計(jì)算的重要分支，并且在現(xiàn)實(shí)生活中有廣泛應(yīng)用，例如局部可解碼編碼、匿名認(rèn)證、不經(jīng)意傳輸、數(shù)據(jù)庫的安全查詢等。
　　 本文的主要研究是針對(duì)半誠實(shí)模型下的計(jì)算安全的私有信息檢索，其主要工作有：<

6、br>　　 首先，詳細(xì)介紹了目前已有的幾種典型的基于關(guān)鍵字的私有信息檢索方案，并據(jù)此提出問題，進(jìn)行總結(jié)。
　　 其次，研究了云計(jì)算中的安全模糊關(guān)鍵字檢索。以往的PIR方案大多不能實(shí)
　　 現(xiàn)關(guān)鍵字檢索，而是通過物理地址檢索，我們深入研究了支持關(guān)鍵字檢索的PIR。因?yàn)樵朴?jì)算的發(fā)展速度越來越快，云服務(wù)的便捷也使其越來越受歡迎，但是云安全仍然是用戶考慮的首要因素。因此本文基于云計(jì)算中的存儲(chǔ)服務(wù)，將敏感信息經(jīng)過處理之后上傳至云

7、服務(wù)器，形成加密數(shù)據(jù)庫。利用位置敏感哈希函數(shù)以及中國剩余定理，實(shí)現(xiàn)了模糊關(guān)鍵字的安全檢索，并且利用布隆過濾器成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)合法用戶的認(rèn)證。理論分析表明該方案是正確的、安全的。方案在保持原有的計(jì)算復(fù)雜度以及通信復(fù)雜度的基礎(chǔ)上，首次實(shí)現(xiàn)用戶認(rèn)證，在預(yù)存儲(chǔ)空間上也優(yōu)于現(xiàn)有方案。該方案能應(yīng)用到很多領(lǐng)域，如醫(yī)藥、專利和商業(yè)等。
　　 再次，研究了計(jì)算幾何中的保護(hù)隱私的兩橢圓相交面積計(jì)算。我們將對(duì)稱的私有信息檢索問題簡化，其實(shí)就是兩個(gè)參與方各