私有信息檢索中若干關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、安全多方計算(Secure Multi-party Computation，SMC)是研究多方協(xié)作計算問題的，即互不信任的兩個或多個用戶能夠進行協(xié)作計算某項計算任務(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)安全的安全多方計算協(xié)議，該協(xié)議可以用來計算任意函數(shù)。但1998年，0.Goldreich指出，對于安全多方計算中的特殊問題，使用通用的協(xié)議來

2、解決已經(jīng)達不到理想的效果了，針對這些特殊問題設(shè)計相應(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以及學(xué)者的深入研究之下，安全多方計算細化出了很多研究方向，如：保護隱私的計算幾何、私有信息檢索、電子投票、電子拍賣、統(tǒng)計分析等，促進安全多方計算能夠解決更多的實際問題。這其中私有信息檢索是一個重要而又實際的問題，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擁有一個數(shù)據(jù)庫，其中有n個數(shù)據(jù)d1，d2，…，dn，客戶端Alice要查詢這個數(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)展為對服務(wù)器的數(shù)據(jù)隱私也進行保護，即Alice除了di得不到任何其他信息，這就是對稱的私有信息檢索(Symmetrically-Private Information Retrieval，SPIR)。按對隱私的保護程度，我們可以將私有信息檢索分為三種：<

4、br>　　 ①絕對安全的，即信息論安全的私有信息檢索，此類的PIR提供一個很強的安全概念，在假設(shè)攻擊者的計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；
　　 ②相對安全的，即計算安全的私有信息檢索，此類PIR沒有很強烈的安全概念，假設(shè)攻擊者的計算能力是在多項式的時間內(nèi)是有限制的，它常?；谝恍┟艽a學(xué)上的計算難題，具有一定的實用意義；
　　 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模型的私有信息檢索。私有信息檢索是安全多方計算的重要分支，并且在現(xiàn)實生活中有廣泛應(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半誠實模型下的計算安全的私有信息檢索，其主要工作有：<

6、br>　　 首先，詳細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，進行總結(jié)。
　　 其次，研究了云計算中的安全模糊關(guān)鍵字檢索。以往的PIR方案大多不能實
　　 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。因為云計算的發(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。因此本文基于云計算中的存儲服務(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現(xiàn)了對合法用戶的認(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算復(fù)雜度以及通信復(fù)雜度的基礎(chǔ)上，首次實現(xiàn)用戶認(rèn)證，在預(yù)存儲空間上也優(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，研究了計算幾何中的保護隱私的兩橢圓相交面積計算。我們將對稱的私有信息檢索問題簡化，其實就是兩個參與方各