[发明专利]一种具有访问模式保护的空间数据范围查询方法有效

专利信息
申请号: 202011194473.1 申请日: 2020-10-30
公开(公告)号: CN112307149B 公开(公告)日: 2022-11-25
发明(设计)人: 田丰;任青;卢相宜 申请(专利权)人: 陕西师范大学
主分类号: G06F16/29 分类号: G06F16/29;G06F16/9537;G06F21/60;G06F21/62
代理公司: 西安西达专利代理有限责任公司 61202 代理人: 刘华
地址: 710119 陕西*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 具有 访问 模式 保护 空间 数据 范围 查询 方法
【权利要求书】:

1.一种具有访问模式保护的空间数据范围查询方法,其特征在于,包括以下步骤:

第一步,在数据预处理阶段,在本地对数据进行离散化处理,使用纠删码机制编码,使用访问模式混淆方法对索引进行混淆,最后将索引和数据分别加密上传至云端,本步骤的具体做法如下:

步骤一,对于二维平面的数据集D={D1,D2,…,Dn},共包含n条数据,其中第i条数据Di=(Pi,Ri),表示位置信息Pi与记录Ri的对应关系,Pi相当于记录Ri的索引信息,将数据集对应的数据空间离散化,得到二维、每维为T个刻度的数据空间,其中x∈[0,T]且y∈[0,T],对于每一个坐标点,都使用T2位的一维向量表示其坐标位置,具体而言,对坐标P=(x,y),计算i=xT+y,则将位置向量第i位设为1,其他位为0,对空间离散化后,得到新的数据集D={(P1,R1),…(Pi,Ri),…(Pn,Rn)},其中位置信息P由T2位一维二进制向量表示,且只有一位为1,其余位为0;

步骤二,使用纠删码机制对数据集进行处理,对于数据集D中的每一个数据Di,将其中的Ri平均分成k个分片,通过编码扩展为m个分片,以便在查询阶段从m个分片中的任意k个分片恢复出完整数据,其中对于同一个记录Ri所生成的记录分片,由相同的Pi所指向,此时的数据集可表示为D={D1,D2,…,Dn},其中Di={(Pi,Ri1),(Pi,Ri2),…,(Pi,Rim)},Pi为T2位一维二进制向量;

步骤三,对数据集中的索引进行混淆,即对指向记录的坐标位置P进行混淆,这将最终转化为对访问模式的混淆,设定隐私参数a、b,其中a为访问模式本身为访问,不翻转的概率,b表示访问模式为0时的翻转概率,基于用户自定义的a、b,对于数据集中每一个记录分片Rij所对应的位置信息Pi,都将做出独立的混淆,即对于每一个记录分片Rij,将对数据空间中的每一个位置点都做判断:

上述步骤将会破坏二进制索引向量中只有一位为1,其余位为0的特性;因此需要对数据集中混淆后的位置索引进行拆分;将多位为1的位置索引拆分为多个只有一位为1的二进制索引,这些索引将共同指向同一个记录;

经过此步骤的混淆后,属于同一个记录Ri的记录分片{Ri1,Ri2,…,Rim}将会被不同的位置向量所指向,此时的数据集可表示为:D={D1,D2,…,Dn},其中Di={(Pi1,Ri1),(Pi2,Ri1),…,(Pim,Rim)};

步骤四,加密上传至云端。将混淆后的索引信息以及记录集合分别加密,上传至服务器,其中使用KI加密索引信息,使用KD加密记录信息;

第二步,在数据查询阶段,用户在本地生成查询向量,加密后形成查询令牌上传至云端,服务器使用SSW机制进行密文下的检索,然后将密文检索结果返回给用户,用户使用纠删码机制进行解码,对解码的结果再进行解密,本步骤的具体做法如下:

步骤一,用户在本地对空间进行离散化,使用向量表示空间,首先枚举待查询的几何范围内的所有点的集合,然后使用这个集合来表示查询空间,使用T2维的二进制向量表示查询空间Q,将空间所包含点的对应位置设置为0,其余位设置为1,这与数据预处理阶段对数据集位置索引的处理恰好相反;

步骤二,使用加密密钥KI对查询向量Q进行加密,生成查询令牌,并上传给服务器;

步骤三,服务提供者使用SSW机制在密文下进行查询。对于数据集中的每一个记录Rij,服务提供者将其对应的位置索引Pij进行计算,判断其是否属于待查询区域Q,具体而言,对于每个位置索引向量Pij(i∈[1,T2],j∈[1,m]),服务提供者利用SSW机制判断向量Pij与向量Q的内积是否为0,若为0,则表示该位置属于待查询范围Q,反之则不属于,

逐一判断后,服务提供商将属于查询范围内的位置坐标所对应的加密记录分片返回给用户;

步骤四,用户使用密钥KD对记录进行解密,获得明文信息;最后,用户使用纠删码机制对记录分片进行解码,恢复出完整的加密记录,如果用户可以获得属于同一个记录Rij的m份记录分片中的k份,则可以通过纠删码机制完全恢复记录Rij

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