一种敏感数据隐私保护的天际线查询方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种敏感数据隐私保护的天际线查询方法和系统，其将敏感数据信息通过加法秘密共享上传到两个不合谋的第一服务器和第二服务器，两个服务器通过联合隐私计算生成天际线图，且各自拥有对应份额图；在用户端将用户信息通过加法秘密共享上传，各服务器在各自的份额图上联合地通过私有信息检索方法检索用户所期望查询的相似信息份额，并将所述相似信息份额发送至所述用户端；所述用户端恢复完整的查询信息，以进行辅助决策；其一方面提高了现有技术中外包查询的个人数据和敏感模型隐私保护的安全级别，另一方面实现了离线查询，显著缩短了查询感知时间。显著缩短了查询感知时间。显著缩短了查询感知时间。

【技术实现步骤摘要】
一种敏感数据隐私保护的天际线查询方法及系统


[0001]本专利技术涉及敏感数据隐私保护
，具体涉及一种针对用户和天际线模型敏感数据隐私保护的天际线查询方法及系统。

技术介绍

[0002]现代信息和通信技术的广泛传播和应用，不断满足公民、用户、专业人员以及决策服务提供商等的信息需求。在现有技术中，配备传感器的检测设备可以为决策服务提供商收集来自这些设备的大量数据。决策服务提供商根据用户的属性数据能够独立地提供更好的查询和决策服务，但需要保护敏感的查询信息免受云服务器和其他未经授权的用户的影响。
[0003]在普通查询中，属性的权值大小需要提前预设，但这在敏感属性中是很难明确衡量的，因为每种属性带来的影响是变动的并且可能存在弱相关性。在基于天际线查询的方案中，用户只需输入其个人属性，并根据每个属性的值检索相似记录，是每个属性上的全局相似而非属性的权值聚合的单一接近。但由于计算资源和存储能力有限，决策服务提供商无法处理用户频繁和海量的查询请求，导致仅靠自身无法提供高质量的在线查询服务。现有技术中多用的解决方案是将敏感数据外包给计算处理能力强大的云服务器，同时推广云辅助在线查询服务；其中，查询任务可以由云服务器处理，而决策服务提供商只需提供一个查询模型，从而提高查询服务的效率。
[0004]但一方面用户的属性数据十分敏感，例如医疗记录、社交关系、网络流量等数据；另一方面，敏感数据的查询模型是经过专门研究和消耗大量资源的产物，对于决策服务提供商来说显然是宝贵的无形资产。因此直接访问该查询服务不可避免地会带来巨大的隐私风险，尤其是不完全信任的外包服务器。
[0005]目前现有技术中已经提出了几种安全的天际线查询方案，大多基于三种主要的隐私保护技术，即同态加密、安全多方计算和差分隐私。然而，虽然基于同态加密的方案可以在加密字段上实现一些有限的算术计算，但计算成本很高，尤其是在全同态密码系统中；此外，加密严重阻碍了数据的计算和计算结果的共享。而基于安全多方计算的方案减轻了对计算的限制，但所有参与方必须保持在线才能参与，这会导致昂贵的通信开销。基于差分隐私的方案显着提高了它们的计算和通信效率，但它们的查询准确性却因添加随机噪声(如高斯分布)而大幅度降低。
[0006]因此，为云辅助在线查询服务设计一个高效、安全的天际线查询方案至关重要。

技术实现思路

[0007]因此，本专利技术为了解决现有技术中的以上缺陷，提供一种敏感数据隐私保护的天际线查询方法及系统。
[0008]本专利技术提供一种敏感数据隐私保护的天际线查询方法，将敏感数据信息通过加法秘密共享上传到两个不合谋的第一服务器和第二服务器，两个服务器通过联合隐私计算生
成分布式天际线图，且各自拥有对应份额图；在用户端将用户信息通过加法秘密共享上传，各服务器在各自的份额图上联合地通过私有信息检索方法检索用户所期望查询的相似信息份额，并将所述相似信息份额发送至所述用户端；所述用户端恢复完整的查询信息，以进行辅助决策；
[0009]其包括以下阶段：信息初始化阶段：秘密共享敏感网格模型，秘密共享用户信息；天际线生成阶段：天际线图初始化，天际线图生成；天际线查询阶段：检索下标生成，生成天际线副本私有检索天际线图的行元素，生成天际线副本私有检索天际线图的列元素，辅助决策；
[0010]或者，信息初始化阶段：秘密共享敏感网格模型；天际线生成阶段：天际线图初始化，天际线图生成；天际线查询阶段：秘密共享用户信息，检索下标生成，生成天际线副本私有检索天际线图的行元素，生成天际线副本私有检索天际线图的列元素，辅助决策。
[0011]秘密共享敏感网格模型包括：
[0012]对各个维度的敏感信息编码并排序，移除重复元素后将最终属性序列通过加法秘密共享上传至所述第一服务器和所述第二服务器；
[0013]将序列交叉构成的网格型天际线图通过加法秘密共享上传至所述第一服务器和所述第二服务器；
[0014]计算天际线图的交叉点索引后通过加法秘密共享上传至所述第一服务器和所述第二服务器。
[0015]天际线图初始化包括：所述第一服务器和所述第二服务器联合计算天际线图中第一维度的最右一列网格的天际线点；所述第一服务器和所述第二服务器联合计算天际线图中第二维度的最上一行网格的天际线点。
[0016]所述天际线图生成包括：
[0017]步骤1、对于天际线图的剩余网格，所述第一服务器和所述第二服务器联合利用安全的秘密共享相等算法，合并该网格的右侧网格和上方网格的元素为前置集合，遍历前置集合和右上角网格的元素，生成交集指示器，并联合利用安全的秘密共享比较算法，更新所述交集指示器的份额；所述第一服务器、所述第二服务器本地生成交集集合，选择置换矩阵并共享对应份额，联合利用安全的秘密共享乘法算法计算所述交集指示器和所述交集集合之间的乘积，并依次将所述置换矩阵与所述乘积结果再次做乘积运算得到备选集合的份额；所述第一服务器、所述第二服务器本地选择随机向量与备选集合进行安全乘法运算得到访问集合的份额，根据所述访问集合的份额联合恢复出明文，并由此生成第一网格集合的份额；
[0018]步骤2、对于所述天际线图的每一个网格，所述第一服务器和所述第二服务器联合隐私计算其第二网格集合的份额：计算该网格的天际线点，并附加0的份额；
[0019]步骤3、所述第一服务器、所述第二服务器根据所述第一网格集合和所述第二网格集合进行本地计算，更新该网格的天际线集合；
[0020]步骤4、所述第一服务器、所述第二服务器联合迭代重复步骤1至步骤3，直至所有网格的天际线点生成。
[0021]秘密共享用户信息包括：在用户端通过加法秘密共享将用户信息编码后上传到所述第一服务器和所述第二服务器。
[0022]所述检索下标生成包括：
[0023]所述第一服务器、所述第二服务器联合利用安全的秘密共享比较算法比较用户在每个维度的属性值和天际线图的坐标序列，得到检索指示器；对检索指示器的值进行求和得到检索下标，并递归更新检索指示器。
[0024]所述生成天际线副本私有检索天际线图的行元素包括：
[0025]对于天际线图的每行网格，所述第一服务器、所述第二服务器本地选择随机数生成多项式，并本地更新各自的天际线图份额；所述第一服务器、所述第二服务器根据检索行下标和多项式系数利用安全的秘密共享乘法计算偏移量的份额；所述第一服务器、所述第二服务器根据天际线份额联合重构出天际线图的副本，并对该列所有的元素求和得到检索行的集合。
[0026]所述生成天际线副本私有检索天际线图的列元素包括：对于检索行的列网格，所述第一服务器、所述第二服务器本地选择随机数生成多项式，并本地更新各自的天际线图份额；所述第一服务器、所述第二服务器根据检索列下标和多项式系数利用安全的秘密共享乘法计算偏移量的份额；所述第一服务器、所述第二服务器根据天际线份额联合重构出天际线图的副本，并对检索行所有的元素求和得到检索列的集合；所述检索行的集合和检索列的集合即本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种敏感数据隐私保护的天际线查询方法，其特征在于，将敏感数据信息通过加法秘密共享上传到两个不合谋的第一服务器和第二服务器，两个服务器通过联合隐私计算生成天际线图，且各自拥有对应份额图；在用户端将用户信息通过加法秘密共享上传，各服务器在各自的份额图上联合地通过私有信息检索方法检索用户所期望查询的相似信息份额，并将所述相似信息份额发送至所述用户端；所述用户端恢复完整的查询信息，以进行辅助决策；其包括以下阶段：信息初始化阶段：秘密共享敏感网格模型，秘密共享用户信息；天际线生成阶段：天际线图初始化，天际线图生成；天际线查询阶段：检索下标生成，生成天际线副本私有检索天际线图的行元素，生成天际线副本私有检索天际线图的列元素，辅助决策；或者，信息初始化阶段：秘密共享敏感网格模型；天际线生成阶段：天际线图初始化，天际线图生成；天际线查询阶段：秘密共享用户信息，检索下标生成，生成天际线副本私有检索天际线图的行元素，生成天际线副本私有检索天际线图的列元素，辅助决策。2.根据权利要求1所述的一种敏感数据隐私保护的天际线查询方法，其特征在于，秘密共享敏感网格模型包括：对各个维度的敏感信息编码并排序，移除重复元素后将最终属性序列通过加法秘密共享上传至所述第一服务器和所述第二服务器；将序列交叉构成的网格型天际线图通过加法秘密共享上传至所述第一服务器和所述第二服务器；计算天际线图的交叉点索引后通过加法秘密共享上传至所述第一服务器和所述第二服务器。3.根据权利要求1
‑
2中任一项所述的一种敏感数据隐私保护的天际线查询方法，其特征在于，天际线图初始化包括：所述第一服务器和所述第二服务器联合计算天际线图中第一维度的最右一列网格的天际线点；所述第一服务器和所述第二服务器联合计算天际线图中第二维度的最上一行网格的天际线点。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的一种敏感数据隐私保护的天际线查询方法，其特征在于，所述天际线图生成包括：步骤1、对于天际线图的剩余网格，所述第一服务器和所述第二服务器联合利用安全的秘密共享相等算法，合并该网格的右侧网格和上方网格的元素为前置集合，遍历前置集合和右上角网格的元素，生成交集指示器，并联合利用安全的秘密共享比较算法，更新所述交集指示器的份额；所述第一服务器、所述第二服务器本地生成交集集合，选择置换矩阵并共享对应份额，联合利用安全的秘密共享乘法算法计算所述交集指示器和所述交集集合之间的乘积，并依次将所述置换矩阵与所述乘积结果再次做乘积运算得到备选集合的份额；所述第一服务器、所述第二服务器本地选择随机向量与备选集合进行安全乘法运算得到访问集合的份额，根据所述访问集合的份额联合恢复出明文，并由此生成第一网格集合的份额；步骤2、对于所述天际线图的每一个网格，所述第一服务器和所述第二服务器联合隐私计算其第二网格集合的份额：计算该网格的天际线点，并附加0的份额；步骤3、所述第一服务器、所述第二服务器根据所述第一网格集合和所述第二网格集合进行本地计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨岳湘，陈誉，柳林，付绍静，叶昭晖，顾智拼，刘吉元，施江勇，孙一鹏，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：