基于Paillier同态加密的可搜索加密算法研究

摘要

云存储的数据外包模式可以提供高质量的数据服务，但同时也为数据安全带来隐患。数据加密可以保护云存储中的数据安全和隐私，但也会带来数据检索困难的问题。可搜索加密是在不解密所有数据的前提下，在云存储上对加密过的数据上实现检索，并尽可能保证效率和安全性。但现有的可搜索加密方案仍有不足。一方面许多方案只支持精确检索，当用户输入有拼写错误时无法完成检索，或者方案能实现简单的关键词纠错，但纠错结果准确度低，无法满足可搜索加密环境的需求。另一方面虽然目前大多可搜索加密中已从单关键词转入多关键词的研究，但对于多关键词排序检索的研究依旧不足。并且为了实现多关键词的排序检索的功能，许多方案都牺牲了一定的检索效率和安全性。　　针对以上两个问题，本文进行了以下研究：　　提出一种基于单词概率和编辑距离的关键词纠错算法。本文方案一方面将不同关键词的编辑距离作为纠错的其中一个参考因素，另一方面引入关键词概率库，将关键词在文档中出现的词频作为纠错的另一个参考因素。通过编辑距离和词频的综合考虑进一步提高单词纠错的准确性，进而提高了云存储中密文检索精准度和效率。　　提出基于Paillier同态加密的多关键字排序可搜索加密方案。本文将Paillier同态加密算法引入到可搜索加密的方案中，通过Paillier算法加密关键词与文档之间的相关性分数tf-idf值，利用同态性，实现多关键词排序检索功能。同时通过引入代理的排队转发机制，切断了关键词和相关文档之间的联系，并在检索过程中通过添加“伪检索请求”混淆检索关键词与文档之间的联系。最大限度的保证检索过程中的安全性。　　实验分析表明，本文方案中的单词纠错算法能实现比原编辑距离更准确的纠错，并能支持多关键词的相关性排序检索。与最近的其它研究工作相比，本文方案实现了更为精准、效率的检索。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内研究现状

1.2.1 关键词检索

1.2.2 检索排序技术

1.2.3模糊检索技术

1.3主要研究内容

1.4论文结构

1.5本章小结

第2章 预备知识

2.1单词纠错算法

2.1.1编辑距离

2.1.2 N-Gram

2.1.3贝叶斯定理和norvig纠错

2.2可搜索加密

2.2.1对称可搜索加密定义

2.2.2 多关键词检索

2.2.3排序检索

2.2.4模糊检索

2.3同态加密

2.3.1同态加密概述与应用

2.3.2 Paillier加密算法

2.4本章小结

第3章 基于单词概率-编辑距离的纠错算法

3.1基于编辑距离的单词纠错算法

3.2单词概率库

3.2.1 TF-IDF相关度算法

3.2.2关键词概率库

3.3基于单词概率-编辑距离的纠错算法

3.3.1设计思路

3.3.2 加权系数的确定

3.4方案的实现与对比

3.4.1纠错界面及效果展示

3.4.2纠错性能

3.5本章小结

第4章 基于Paillier同态加密的密文检索方案

4.1系统模型

4.2安全模型

4.3基于Pallier的多关键字排序可搜索加密方案

4.3.1系统构建

4.3.2密文检索

4.3.3排队查询与伪造搜索请求

4.4安全性分析

4.4.1数据的安全性

4.4.2索引与文件的关联性

4.4.3陷门与文件的关联性

4.5实验测试与对比

4.5.1索引生成效率

4.5.2索引存储开销

4.5.3陷门生成效率

4.5.4检索效率

4.5.5排队检索效率

4.6 系统展示

4.6.1 系统构建

4.6.2 密文检索

4.7本章小结

结论

1.总结

2.展望

参考文献

附录A 攻读学位期间发表的学术论文

致谢