[发明专利]工业云环境下多边缘节点协作模式下数据安全共享方法

摘要

本发明涉及一种工业云环境下多边缘节点协作模式下数据安全共享方法，属于工业领域。该方法包括：首先，需要协作计算的边缘节点分别向权威中心申请用于协作计算的共享密钥；其次，权威中心通过密钥生成机制生成共享密钥并下发到申请参与协作计算的各边缘节点；再次，边缘节点结合工业特性生成干扰因子集，并为不同类型数据添加不同的干扰因子；然后，参与协作的各边缘节点基于整数全同态加密算法引入共享密钥与干扰因子，边缘节点的数据实现改进的全同态加密并上传到工业云平台；最后，工业云平台对各边缘节点上传的数据进行同态分析计算后，下发回各边缘节点处。本发明保障了数据安全性又兼顾多边缘节点之间数据互操作。

主权项

1.工业云环境下多边缘节点协作模式下数据安全共享方法，其特征在于，该方法涉及到的对象包括：边缘节点、工业云平台、权威中心；所述方法具体包括以下步骤：S1：希望参与协作计算的各边缘节点，分别向权威中心申请共享密钥；S2：权威中心向提出密钥申请的各边缘节点分配不同的节点编号，记为IDmedge；其中m＝{i,…,j}，m表示边缘节点的编号集合，i，j表示边缘节点的编号；S3：同一协作计算组中边缘节点之间分别互换ID号，使得同一协作计算组的每个边缘节点存储该协作计算组中所有边缘节点的ID号；权威中心将每一协作计算组的所有边缘节点都按其ID号从小到大的顺序排列组成不同的集合，记为Ms；假设权威中心下存在S个协作计算组，则s＝{1,…,S}；Ms＝{IDiedge,…,IDjedge}，不同集合Ms所对应的节点编号集不同；每一协作计算组的集合Ms执行同一个函数F(Ms)运算得到不同结果值，记为Rs；集合Ms与结果值Rs一一对应；权威中心通过Rs分辨不同协作计算组，为不同协作计算组分发不同的密钥；S4：边缘节点IDmedge分别将数据IDmedge||Rs通过加密E(IDmedge||Rs)后上传到权威中心；其中||表示字符串连接符，E(x)表示加密函数；S5：权威中心先通过预配置密钥解密D(IDmedge||Rs)，其次通过不同结果值Rs提取出不同协作计算组，再次不同协作计算组分别将其提取的边缘节点按步骤S3的顺序组成不同集合Ms*＝{IDiedge*,…IDjedge*}，然后执行相同的函数F(Ms*)，最后运算得到不同结果值Rs′；其中D(x)为解密函数，对E(x)加密的数据进行表示；S6：权威中心为计算结果值Rs＝Rs′的协作计算组，分别随机构造不同的μ*n矩阵G,其中的元素属于有限域GF(q)，q为一个大素数，μ表示矩阵G的行数，即矩阵G列矩阵的长度，n是每一协作计算组中边缘节点数量；S7：边缘节点IDmedge分别随机生成一个μ大小的列矩阵A(m)，并进行加密E(A(m)||R)后上传至权威中心；其中，列矩阵中的所有元素均属于有限域GF(q)，边缘节点IDmedge与列矩阵A(m)一一对应；S8：权威中心首先通过预配置密钥解密D(A(m)||Rs)，其次通过Rs分别提取出不同协作计算组中边缘节点所对应的列矩阵，再次分别将每一协作计算组所对应的所有列矩阵随机重组后构成不同的n*μ大小的矩阵D，然后进行矩阵运算Tμ*μ＝G*D，Tμ*μ为新生成的矩阵，用于生成共享密钥，最后权威中心引入R与矩阵Tμ*μ一起进行哈希运算生成共享密钥，并将生成的不同共享密钥分发给对应的协作计算组；S9：每一协作计算组中边缘节点都结合工业特性生成不同干扰因子集X，干扰因子集X由不同的干扰因子δ组成，不同类型数据添加不同的干扰因子δ；S10：每一协作计算组中边缘节点都引入共享密钥与干扰因子进行数据的全同态加密，并将密文上传到工业云平台；S11：工业云平台对全同态加密密文进行同态分析、计算，并将处理结果发放到对应的协作计算组。