一種快速關鍵字可搜索公鑰加密方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于計算機安全技術領域，更具體地，涉及一種快速關鍵字可搜索公鑰加 密方法。
【背景技術】
[0002] 在現(xiàn)有的云存儲技術中，數(shù)據(jù)存儲在用戶不可控的云端，為了保護敏感數(shù)據(jù)的安 全性與隱私性，通常會采用數(shù)據(jù)加密的方法來保護數(shù)據(jù)的安全，然而由于加密后的密文數(shù) 據(jù)的隨機性而與明文數(shù)據(jù)有很大的差別，因此對加密后的數(shù)據(jù)進行檢索不能采用檢索明文 的方法，這是一項非常困難的工作。特別是在非可信環(huán)境的情況下，如何對加密數(shù)據(jù)進行高 效地搜索引起了人們普遍的關注。目前，人們已經(jīng)提出了許多對加密數(shù)據(jù)進行搜索的方案， 有些搜索方案簡單、效率高，但都是僅適用于用戶檢索自己事先存儲到服務器里的密文數(shù) 據(jù)。而另一些查詢方案雖然能廣泛地應用于檢索第三方擁有的加密數(shù)據(jù)上，但服務器檢索 時所需要的大量對運算卻是該方案最大的瓶頸，服務器搜索效率不高，而且許多方案都存 在重放攻擊的問題。
[0003] 密文檢索分為兩種，可搜索對稱加密和可搜索公鑰加密?？伤阉鲗ΨQ加密的構造 通?；趥坞S機函數(shù)，具有計算開銷小、算法簡單、速度快的特點，除了加解密過程采用相 同的密鑰外，其陷門生成也需密鑰的參與。單用戶模型的單用戶特點使得可搜索對稱加密 非常適用于該類問題的解決：用戶使用密鑰加密個人文件并上傳至服務器，檢索時，用戶 通過密鑰生成待檢索關鍵詞陷門，服務器根據(jù)陷門執(zhí)行檢索過程后返回目標密文。
[0004] 關鍵字可搜索公鑰加密是由Boneh等人首先在2004的EuroCrypto的PublicKey EncryptionwithKeywordsearch一文中提出。利用基于身份的加密方案構造了一種可搜 索的公鑰加密方案（publickeyencryptionwithkeywordsearch,PEKS)。在該方案中， 任何知道接收者公鑰的用戶都可以上傳關鍵字可搜索密文至服務器，接收者可以授權服務 器進行關鍵字搜索。此方案的搜索時間是與密文總量線性相關的。這意味著，在對海量密 文數(shù)據(jù)進行檢索時，檢索效率是很低的。另一個比較突出的工作是Bellare等人在2007年 的CRYPTO會議的DeteministicandEfficientlySearchableEncryption-文中提出 確定性可搜索加密。確定性可搜索加密即該加密算法對同一明文生成的密文是確定的。該 方案重點關注了如何提高可搜索加密的效率。然而確定性加密有兩個天然的限制：首先是 關鍵字的隱私只有在關鍵字是先驗難猜測的情況下才能得到保障；其次是由于加密的確定 性，消息的某些信息會不可避免的通過關鍵字密文泄漏。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供一種快速關鍵字可搜索公鑰加 密方法，以實現(xiàn)在不降低安全性的條件下提高關鍵字可搜索公鑰加密的檢索效率。本發(fā)明 通過帶隱藏關系的星形結構的可搜索密文以及帶檢索陷門的可搜索關鍵字實現(xiàn)了快速的 關鍵字可搜索公鑰加密，且在檢索過程中最小程度的降低了明文信息的泄漏，從而實現(xiàn)安 全性與效率的結合。
[0006] 本發(fā)明提供一種快速的關鍵字可搜索公鑰加密方法，包括以下步驟：
[0007] (1)系統(tǒng)初始化。為加密云存儲系統(tǒng)設置lk為安全參數(shù)，W為關鍵字空間，運行 雙線性映射生成器BGen(lk)計算出系統(tǒng)參數(shù)(q,G,Gi,g，§)，從q階乘法群隨機選取泠ig，設P=gs。選取一個密碼hash函數(shù)H:W-G，設密文空間CeG；!XGXGi，最 后輸出主公開參數(shù)PK=(q,(;,Gbg,§,P，I!，W,C],主秘密參數(shù)SK=s;其中BGen(lk)是 以廣為安全參數(shù)的高效雙線性映射生成器，其概率輸出（q，G,Gbg,g)，G和匕表示兩個階 為q的乘法群，g是G的生成元，雙線性映射s:GXG->Gi。
[0008] (2)結構初始化。隨機選取u"Z纟，通過主公開參數(shù)PK生成一對私有、公開部分 (Pri= (u)，Pub=gu)，并以之初始化一個隱藏結構。其中，Pri是一個變量列表，格式為 (u, {(w,Pt[u,w])|wGW})，初始化時為（u)，其中w是關鍵字空間W的一個關鍵字，Pt[u,w] 表不U,W-兀組。
[0009] (3)結構化加密。從關鍵字空間W中選取一個關鍵字w，隨機選取ri,然后使 用隱藏結構的私鑰部分Pri和PK生成關鍵字可搜索密文，執(zhí)行下列步驟：
[0010] (3-1)通過w在Pri中查詢（w，Pt[u，w]);
[0011] (3-2)如果不存在，則將（w，Pt|u,w；|i)插入Pri中，并輸出關鍵字可搜索密 文C= (§lP，H(w))u>:gr，： §(P，H(w))[U,w]);
[0012] (3_3)否貝IJ，隨機選擇Ri^,關鍵字可搜索密文:C=(Pt[u，w]，g\e (P,丨丨(w)) >R),更新Pt[u，w]為R，并輸出關鍵字可搜索密文C;
[0013] (4)陷門生成。選取一個關鍵字w，使用私鑰SK生成關鍵字w對應的關鍵字檢索 陷門Tw=H(w)s。
[0014] (5)結構化檢索。根據(jù)關鍵字w對應的陷門Tw，使用主公開參數(shù)PK、隱藏結構的公 開部分Pub以及所有的關鍵字可搜索密文C檢索關鍵字密文（另C[i]表示一個密文C，此 密文可以被解析為（(：[1，1]，(：[1，2]，(：[1，3])￡61\6\6 1)，設(^=0執(zhí)行以下步驟：
[0015] (5-1)計算Pt' =§(Pub,T,);
[0016] (5-2)查詢包含C[i，1] =Pt'的密文C[i];如果存在，則將C[i]加入C'中，執(zhí)行 (5-4);
[0017] (5-3)若不存在，輸出C'，并結束檢索；
[0018] (5-4)計算Pt' ：=§(:C[i, 2]，TJ-i*C[i，3]，執(zhí)行（5-2);
[0019] 總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下有益效 果：
[0020] (1)檢索復雜度降低為與包含檢索關鍵字密文的數(shù)量相關：本發(fā)明的關鍵字可搜 索公鑰加密的檢索復雜度是與包含該關鍵字的密文數(shù)量線性相關的，而不與所有密文的數(shù) 量相關，從而大大降低了檢索開銷。
[0021] (2)提尚性能的如提下保證安全性未降低：本發(fā)明提尚了檢索的效率，且依舊達 到語義安全性，不會泄漏用戶密文的相關信息，從而使得檢索效率與安全性都能得到很好 的保證。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明快速關鍵字可搜索公鑰加密方法的流程圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明結構化加密的流程圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明隱藏關系的星形結構示意圖；
[0025] 圖4為本發(fā)明結構化陷門檢索的流程圖。
【具體實施方式】
[0026] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0027] 圖1所示為本發(fā)明快速關鍵字可搜索公鑰加密方法的流程圖，具體包括以下步 驟：