一種支持動(dòng)態(tài)更新及多關(guān)鍵字安全排序的可搜索加密方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)信息安全技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種支持動(dòng)態(tài)更新及多關(guān)鍵字安全排 序的可搜索加密方法，可用于對(duì)云存儲(chǔ)數(shù)據(jù)下的加密文件進(jìn)行高效檢索和更新。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著云存儲(chǔ)技術(shù)的迅猛發(fā)展，許多企業(yè)和個(gè)人都會(huì)使用云存儲(chǔ)技術(shù)把自己內(nèi)部數(shù) 據(jù)進(jìn)行外包，為我們節(jié)省了一定的設(shè)備資源。運(yùn)用云服務(wù)器強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，能夠在客 戶端節(jié)省一定的計(jì)算資源。但是，為了保障數(shù)據(jù)的機(jī)密性，在用戶將數(shù)據(jù)外包之前，都要對(duì) 數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，從而云服務(wù)器不可能從密文中得到有效的信息。
[0003] 但是，當(dāng)大量的加密文件存儲(chǔ)在云服務(wù)器上，如果想要檢索一個(gè)包含特定關(guān)鍵字 的文件，把文件全部下載下來進(jìn)行解密是不能接受的。因此，需要對(duì)上傳到云服務(wù)器的文件 進(jìn)行提前處理。上傳到服務(wù)器之前，根據(jù)文件集合生成索引，由索引能夠快速的檢索到指定 的文件。對(duì)索引進(jìn)行可搜索加密，文件進(jìn)行對(duì)稱加密。此時(shí)，加密的索引和文件上傳到云服 務(wù)器。如果要檢索特定的關(guān)鍵字，服務(wù)器會(huì)在索引上進(jìn)行計(jì)算，并且返回相應(yīng)的密文。但是， 如果要更新一個(gè)文件時(shí)，需要把索引下載到本地，全部更新一遍，效率不高。而且現(xiàn)有的可 搜索加密技術(shù)大部分是針對(duì)單關(guān)鍵字設(shè)計(jì)的，不能滿足用戶的檢索需求。并且在服務(wù)器返 回檢索結(jié)果時(shí)，用戶希望看到最符合檢索關(guān)鍵字的前k個(gè)文件，而大多數(shù)的可搜索加密技 術(shù)不支持對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行排序。因此，有必要提出一種高效率進(jìn)行更新，同時(shí)支持多關(guān)鍵字 檢索，返回top-k文件的可搜索加密方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種支持動(dòng)態(tài)更新、多關(guān)鍵 字檢索并且實(shí)現(xiàn)安全排序的可搜索加密方法，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0005] 一種支持動(dòng)態(tài)更新及多關(guān)鍵字安全排序的可搜索加密方法，其包括以下步驟：
[0006] 101、初始化，在云存儲(chǔ)的客戶端，用戶隨機(jī)生成密鑰其中％，2為 (d+1)X(d+1)的矩陣，S為（d+1)維的二進(jìn)制向量，d為字典中關(guān)鍵字的個(gè)數(shù)，K為加密文 件的對(duì)稱密鑰；
[0007] 102、當(dāng)生成步驟101的密鑰后，用戶端根據(jù)字典和紅黑樹結(jié)構(gòu)生成待上傳文件集 合的未加密索引，其中上傳文件集合由待上傳文件匕組成，其中還生成了文件的標(biāo)識(shí)符即 標(biāo)志位數(shù)字；
[0008] 103、對(duì)步驟102中未加密索引的待上傳文件集合進(jìn)行非對(duì)稱標(biāo)量積索引加密，生 成節(jié)點(diǎn)的索引加密向量I;
[0009] 104、文件加密，用戶端完成了對(duì)待上傳文件集合的索引加密后，對(duì)每個(gè)待上傳文 件進(jìn)行加密，密鑰為K，加密算法采用對(duì)稱加密算法；
[0010] 105、數(shù)據(jù)外包，將步驟103加密之后的索引和對(duì)稱加密后的待上傳文件上傳到云 服務(wù)器上，云服務(wù)器會(huì)根據(jù)用戶生成的陷門，在加密數(shù)據(jù)上進(jìn)行計(jì)算；
[0011] 106、當(dāng)用戶端用戶進(jìn)行多關(guān)鍵字檢索時(shí)，用戶生成查詢向量并進(jìn)行加密后，和紅 黑樹的子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行匹配，根據(jù)葉子節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的詞頻進(jìn)行計(jì)算得分，實(shí)現(xiàn)檢索時(shí)返回t〇p-k 文件，即與要搜索的關(guān)鍵字最相近的前k個(gè)文件；
[0012] 107、當(dāng)有已經(jīng)上傳的文件需要增加和刪除時(shí)，用戶向云服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，包含操 作的種類和要進(jìn)行操作的文件的標(biāo)識(shí)符，增加和刪除的文件即為更新文件，云服務(wù)器根據(jù) 文件的標(biāo)識(shí)符進(jìn)行結(jié)構(gòu)更新，但不訪問節(jié)點(diǎn)的索引加密向量I，同時(shí)返回更新文件所關(guān)聯(lián)的 節(jié)點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的索引加密向量I;根據(jù)返回的節(jié)點(diǎn)和要更新文件的文件向量，用戶端在本地 重新計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)的向量，進(jìn)行加密和結(jié)構(gòu)更新，生成索引加密向量II;用戶端上傳加密向 量，服務(wù)器復(fù)制更新之后的索引加密向量II到加密索引中。
[0013] 進(jìn)一步的，步驟102中用戶端根據(jù)紅黑樹法生成待上傳文件集合的未加密索引的 步驟具體：
[0014] 2a)根據(jù)用戶端待上傳文件集合中的每個(gè)待上傳文件匕的關(guān)鍵字，建立一個(gè)字典， 所述字典為所有待上傳文件匕去重之后的關(guān)鍵字集合；
[0015] 2b)根據(jù)步驟2a)中字典的關(guān)鍵字和該關(guān)鍵字在待上傳文件Fi*的詞頻，對(duì)每個(gè) 待上傳文件Fi建立d+1維列向量P，d為字典中的關(guān)鍵字個(gè)數(shù)，Pj為關(guān)鍵字Wj的詞頻，且 Pd+1= 1，如果，P盧0則說明文件Fi中含有關(guān)鍵字Wy如果匕=0,則說明文件文件F# 不含有關(guān)鍵字Wj;
[0016] 2c)根據(jù)步驟2b)對(duì)每個(gè)待上傳文件Fi建立的列向量P，及步驟2a)中建立的關(guān)鍵 字字典建立紅黑樹，紅黑樹的葉子節(jié)點(diǎn)存放的是文件的詞頻Pj，而內(nèi)部節(jié)點(diǎn)存放的是兩個(gè) 待上傳文件匕列向量的或運(yùn)算結(jié)果，葉子節(jié)點(diǎn)的父親節(jié)點(diǎn)的計(jì)算規(guī)則是：如果葉子節(jié)點(diǎn)向 量不為〇,則取1 ;如果為〇,則取〇,內(nèi)部節(jié)點(diǎn)為〇, 1向量，如果內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的向量某一位為1， 表示至少有一條路線從此內(nèi)部節(jié)點(diǎn)到某個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)，這個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)代表存儲(chǔ)有標(biāo)志位1的 關(guān)鍵字的文件，該紅黑樹就是未加密的索引。
[0017] 進(jìn)一步的，步驟103中非對(duì)稱標(biāo)量積索引加密的步驟具體為：
[0018] 3a)依據(jù)密鑰中二進(jìn)制（d+1)維向量S中不同位置的值，對(duì)紅黑樹的每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行 隨機(jī)拆分，拆分之后為兩個(gè)d+1維向量pi及p2,當(dāng)向量Sj= 1，即節(jié)點(diǎn)的第j位可以拆分， 拆分之后兩個(gè)隨機(jī)數(shù)之和等于拆分之前第j位的值，即pl，p2^=pj當(dāng)向量S某一位j為 〇,即節(jié)點(diǎn)的第j位不可以拆分，即plj=p2」=pj;
[0019] 3b)對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)存放的兩個(gè)向量pl，p2進(jìn)行非對(duì)稱標(biāo)量積加密：(M^ql，M2Tq2)為1 表示矩陣札的轉(zhuǎn)置，M2T表示矩陣M2的轉(zhuǎn)置；
[0020] 3c)此時(shí)加密之后的紅黑樹就是加密索引。
[0021] 進(jìn)一步的，步驟106的具體步驟為：
[0022] 6a)當(dāng)用戶端用戶進(jìn)行文件檢索時(shí)，用戶根據(jù)字典和要查詢的關(guān)鍵字在本地生成 d維的本地查詢向量q,及隨機(jī)數(shù)r,t,生成d+1維本地查詢向量為（rq,t)，qj= 1表示用 戶要查詢％，依據(jù)二進(jìn)制（d+1)維向量S中不同位置的值，對(duì)查詢向量進(jìn)行隨機(jī)拆分，拆分 之后為兩個(gè)d+1維向量ql，q2,當(dāng)向量S某一位j為0,即節(jié)點(diǎn)的第j位可以拆分，拆分之后 兩個(gè)隨機(jī)數(shù)之和等于拆分之前第j位的值，即qlj+q2j=q」，當(dāng)向量S某一位j為1，即節(jié) 點(diǎn)的第j不可以拆分，qlj=q2」=qj;
[0023]6b)對(duì)拆分后的兩個(gè)向量ql，q2進(jìn)行非對(duì)稱標(biāo)量積加密，此時(shí)生成陷門T的第一部 分I\=(MAl，MA2)，Mr1表示矩陣Mi的逆，M，表示矩陣M2的逆；
[0024] 6c)用戶根據(jù)字典中的逆向文件頻率IDF生成d維的查詢向量Q，隨機(jī)數(shù)r，t， 查詢向量為（rQ，t)，要查詢的關(guān)鍵字、的逆向文件頻率，此查詢向量用作計(jì)算葉子 節(jié)點(diǎn)所存儲(chǔ)的文件的得分，和之前向量q的拆分和加密一樣，生成陷門的第二部分1~2 = (M^QLM^Q〗）；Q1和Q2為拆分之后的（d+1)維查詢向量；
[0025] 6d)加密之后的查詢向量和索引中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相乘，如果滿足用戶端待查詢 格式，則說明該內(nèi)部節(jié)點(diǎn)中的子孫結(jié)點(diǎn)可能含有所要查詢的多關(guān)鍵字，繼續(xù)在孩子節(jié)點(diǎn)進(jìn) 行計(jì)算，直到找到葉子