基于带有存储结构的Bloom过滤器的关键词可搜索加密方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于信息安全技术领域，具体涉及一种基于带有存储结构的Bloom过滤器 的关键词可搜索加密方法。
【背景技术】
[0002] 云计算作为一种新的计算模型，能够提供成本较低、可扩展的各种先进的计算服 务，为了节省存储及管理数据的代价，企业和个人可以将数据外包到云存储服务器。云存 储服务提供的数据具有可用性和可靠性等优势，但是其也有一个很明显的缺点，即数据不 在用户的管理及控制之下，那么如何维护数据的机密性和完整性便成为用户迫切关注的问 题。
[0003] 虽然企业相信云存储服务提供商（CloudStorageServiceProvider,CSSP)的可 靠性、可用性、容错性等，但是人们无法确信CSSP不将托管的数据用于其他目的；同样对于 个人用户而言，他们希望自己的数据只能由自己或指定的人访问而不能被CSSP访问。这将 导致两方面的问题：一方面，从用户的角度看，他们无法找到让他们完全可信的CSSP来存 储和管理他们的数据；另一方面从CSSP的角度看，在没有解决上述问题的情况下将会丢失 大量的客户。因此，数据的机密性及完整性将阻碍云存储的推广及使用。
[0004] 鉴于以上的实际问题，云存储中数据必须在传输到CSSP之前，由用户自己加密， 并且也只能由用户自己进行解密，这样将会减轻用户数据泄漏的危险。但这将引入一个新 的问题，如用户需要包含某个关键字的文档，那么用户是否能很快的获得他们想要的数据 并保证数据对CSSP的机密性？
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种基于带有存储结构的Bloom过滤器的关键词可搜索加 密方法，解决了现有技术中存在的现有的加密方法密文检索效率不高的问题。
[0006] 本发明所采用的技术方案是，基于带有存储结构的Bloom过滤器的关键词可搜索 加密方法，具体按照以下步骤实施：
[0007]步骤1、系统参数初始化；
[0008] 步骤2、用户密钥生成；
[0009] 步骤3、检索索引生成；
[0010] 步骤4、搜索令牌生成；
[0011] 步骤5、云存储服务器关于密文关键词的搜索。
[0012] 本发明的特点还在于，
[0013] 步骤1具体过程为：
[0014] 建立一个带有存储结构的Bloom过滤器，Bloom过滤器是由两部分构成，其一为 一个大小为n的数组M，其二为m个值域为[1，…，n]的独立随机哈希函数Ii1,…，hn，这里 的m个哈希函数都是从{0，l：r映射到[1，…，n]中任意整数的函数，用数学函数表达为：Iii: {0, 1}、[1，???，]!](i= 1，"'m),由云存储服务器Serv输入安全参数A，选择GpG1^ 阶为大素数P的群，其中g是匕的生成元，选择一个哈希函数/l: ， 其中碑是从1到p-1的整数，输出公共参数p= %，GT，g，H>。
[0015] 步骤2具体过程为：
[0016]由用户端自主进行计算，接收云存储服务器Serv输出的公共参数P，随机选择 尤€ ，将XG作为自己的私钥Sk=〈x>，保密。
[0017] 步骤3具体按照以下步骤实施：
[0018] 步骤（3.1)、设用户选择的待加密文档集合为D=(D1，…，Dn)，用户选择待加密文 档D的关键词组W= (W1,…，wj，1彡i彡n，接收公共参数P和上一步生成的密钥sk，对 于关键词组W= (W1, 中的每一个关键词WiQg[]_，???，1])，随机选择Sp上的元素 Sp计算
[0021]步骤（3. 2)、设密文=《為,馬)，利用Bloom过滤器生成关键词组W=Iw1，??? ，wj的索引M和压缩索引M%索引M和压缩索引矿都是大小为n的数组，索引M中存放的 元素为下式计算的y,，压缩索引，存放的为0或者1，哈希函数的个数为m，计算：
[0023]并将y所对应密文的仏/j:插入到M[y J中；
[0024] 步骤（3. 3)、根据数组M生成其对应的压缩索引M*，即如果M的第i(i= 1，…，n) 个分量中不空，则对应的将矿的第i个分量标记为1，然后根据上传文档的先后顺序，将M 插入到数据库的索引表中，将矿添加到数据库的压缩索引表中。
[0025] 步骤4具体按照以下步骤实施：
[0026]步骤（4. 1)、待搜索用户在用户端输入待搜索的关键词组浓=Iw1,, 密钥sk，其中I1S1，生成一个连接关键词组的搜索令牌t，搜索令牌t中的所有关键词为W1，其中，iG[1，…，I1],I1Sl对于所有待检索的关键词组来生成令牌，选择忍f上的一 个随机元素r，计算：
[0028]步骤（4. 2)、新生成一个压缩索引妒，其大小为n，即妒:为一个大小为n的数组， 并且初始化的每一个元素都为0,计算每一个关键词Wj的yU=Iii(W),其中，iG[1，… ，m]，je[1，…，I1]，并将奶1标记为I，输出搜索令牌= (I?4,5V：f}:到Serv。
[0029]步骤5具体按照以下步骤实施：
[0030]步骤（5. 1)、云存储服务器Serv接收到待匹配的搜索令牌<iTWr》，服务器从数 据库中检索所有存储文档对应的索引和压缩索引，设当前检索到的索引为M和压缩索引为M*;
[0031] 步骤（5. 2)、进行判断：
[0032] (a)判断压缩索引妒:是否包含在M*中，即Z1S/2,这里Z1 =Ijir⑴=l}，I2= U IM* (i)= 1}，如果I1eJ2，即丨膽包含在M*中，则进行下一步操作；
[0033] (b)根据压缩索引JT%对所有M[i]中存放的重复元素进行统计，其中i满足 I^I=I，找到所有重复个数等于m的元素，并将其作为密文集<CWi.》（ISSI)，由于 存在哈希碰撞的情况，因此所得到的密文集中密文个数会存在大于待检索的关键词的个数 的情况，这时，需要对密文集<CM/; 进行组合形成一系列新的密文集，并保证密文集的个数 和待检索的关键词的个数相同，然后对新的密文集进行下一步操作；
[0034] (C)对所有新生成的密文集私进行如下判断，对于e t= 判断下式是否成立：
[0036] 如果上式成立，则匹配成功，输出1给用户，反之输出0。
[0037] 本发明的有益效果是，基于带有存储结构的Bloom过滤器的关键词可搜索加密方 法，数据用户可以将自己的数据加密后，存放到云存储服务器，需要时候，可以通过关键词 检索令牌检索到需要的密文数据，然后下载解密，同时，云存储服务器并不知道用户检索的 关键词，确保用户的数据信息隐私性，在计算代价，即Serv对文档搜索的速度方面的综合 效率得到提高，同时，每个文档所包含的关键词数量没有约束，关键词的所属域也没有约束 的情况下，依然保证了Serv的文档检索效率。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0039] 本发明基于带有存储结构的Bloom过滤器的关键词可搜索加密方法，具体按照以 下步骤实施：
[0040]步骤1、系统参数初始化：
[0041] 具体过程为：
[0042] 建立一个带有存储结构的Bloom过滤器，Bloom过滤器是由两部分构成，其一为 一个大小为n的数组M，其二为m个值域为[1，…，n]的独立随机哈希函数Ii1,…，hn，这里 的m个哈希函数都是从{0，l：r映射到[1，…，n]中任意整数的函数，用数学函数表达为：Iii: {0, 1}、[1，???，]!](i= 1，"'m),由云存储服务器Serv输入安全参数A，选择GpG1^ 阶为大素数P的群，其中g是匕的生成元，选择一个哈希函数A: (〇,IF-碎，其中略从1 至IjP-1的整数，输出公共参数P= (G1,Gt,g,H> ;
[0043] 步骤2、用户密钥生成：
[0044] 具体过程为：
[0045]由用户端自主进行计算，接收云存储服务器Serv输出的公共参数P，随机选择 尤:￡ 2^，将XG 作为自己的私钥sk=〈X〉，保密；
[0046] 步骤3、检索索引生成：