[发明专利]一种云计算环境中低调整率的保序加密方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种云计算环境中对存储数据进行保序加密的方法，属于信息安全技术领域。

背景技术

随着云计算技术的不断发展，大量用户数据被上传并存储在云端数据库中，在有效利用这些数据的同时，保证用户隐私信息的安全，成为加密算法的研究热点之一。传统数据加密方案虽然可以有效降低存储在不可信服务器端机密信息的泄露，但由于无法直接对密文进行有效操作，因而需要先在客户端对密文解密后才能进行相关计算，浪费了云计算平台的计算能力。一种可行方案是将保序加密OPE(Order-Preserving Encryption)方案与云计算平台结合，允许用户在云端直接对密文进行特定计算。比较大小是数据库中常见的操作，如对某列数据进行比较、排序或范围查询等。OPE方案可以在提供较高安全保护级别的同时，为用户提供基于云端密文的有效计算服务。

mOPE(mutable-Order Preserving Encoding)是一种除顺序信息以外，不会泄漏任何其他明文信息的保序加密方案，核心思想是利用平衡二叉搜索树的结构对密文数据进行编码。该方案利用二叉搜索树的性质对数据按顺序进行编码，数据库中同时存储加密后的密文数据与其对应的保序编码。然而利用平衡二叉搜索树来编码，虽然能使查找比较操作效率较高，但会因为需要保证二叉搜索树的平衡性，在数据库大量进行插入或删除操作时，导致编码的频繁变更，给服务器带来很大的开销。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提供一种云计算环境中对存储数据进行保序加密的方法，在保证数据安全性的同时，可以直接对密文数据进行比较等操作，提高密文操作的效率。

本发明为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种云计算环境中低调整率的保序加密方法，包括以下步骤：

步骤一、从密文数据库中的逻辑二叉树OPE_Tree的根节点开始依次获取密文，将密文解密后获得加密前的明文，将其依次与待加密的明文进行比较，确定待加密明文的插入路径；

步骤二、从插入节点向上逐级回溯父节点，判断其左右子树的高度之差是否超过平衡因子：若是，则进入步骤三，若否，则退出；

步骤三、查找并保存失衡二叉树的节点信息；

步骤四、根据失衡二叉树，构建重排序完全二叉树；

步骤五、根据重排序完全二叉树节点数组调整失衡二叉树，构建更新后的平衡二叉树，并更新相关节点的高度和编码。

进一步的，本发明的云计算环境中低调整率的保序加密方法，在步骤一中，记OPE_Tree为数据库中的逻辑二叉树，v为待加密的明文，以如下步骤计算明文v的插入路径path：

1.1、用户端与服务器进行交互，获取OPE_Tree根节点的密文c′，此时path为空字符串；

1.2、客户端用户解密密文c′，从而获得加密前的明文v′；

1.3、判断待插入明文v与明文v′的大小关系：若v<v′，则向左进行查找，path＝path+“0”；若v＝v′，则找到插入节点；若v>v′，则向右进行查找，path＝path+“1”；

1.4、服务器基于用户端的反馈信息，返回下一个密文c′，并执行步骤1.2；

1.5、当找到v，或者服务器到达树的一个空节点时，终止步骤，得到插入路径path。

进一步的，本发明的云计算环境中低调整率的保序加密方法，步骤二的具体步骤如下：

2.1、根据插入路径path，从插入节点的父节点开始向根节点回溯，设当前回溯节点为p；

2.2、查询数据库得到节点p和其左、右子树的原高度，新节点的插入会导致高度的改变，节点p的新高度为左、右子树高度较大值加1；

2.3、比较插入新节点前后节点p的高度，判断AVL-N树的平衡性：如果高度不变，则AVL-N树依然平衡，不需要重平衡，本次插入操作结束；否则，继续执行步骤2.4；

2.4、判断节点p的左、右子树高度差值是否超过平衡因子N，若超过则执行步骤三；否则更新节点p高度，继续往上回溯，节点p指向当前节点父节点，转步骤2.2。

进一步的，本发明的云计算环境中低调整率的保序加密方法，步骤三中，记path为失衡节点的路径，查找并保存失衡二叉树的(2N+5)个节点信息，存入节点数组node[]，具体步骤如下：

3.1、将失衡节点作为根节点，存入node[i]，i＝1；