云环境下可验证的隐私集合交集协议研究

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随着云计算不断发展成熟,越来越多的用户将本地私有数据外包给云服务器计算。与此同时,云端数据被恶意篡改,用户隐私泄露等云计算安全问题也日益严重。隐私集合交集协议在实现云外包集合交集计算的同时能保护用户隐私,一定程度上为促进云安全计算提供了可靠保障。然而,现有的隐私集合交集协议致力于防止用户隐私泄露,忽略了云计算结果的可验证性和抵抗共谋攻击等问题。一方面,云服务器可能为了节约计算资源或谋取经济利益等目的,篡改并返回错误的计算结果。另一方面,为满足更广泛的实际应用场景,由两方计算扩展为多方计算,同时云服务器与用户共谋导致其他诚实用户隐私泄露的风险也随之增大。因此,针对用户隐私频遭泄露,计算结果易被篡改两大问题,本文提出了以下两种可验证的隐私集合交集协议:(1)基于重加密的两方隐私集合交集协议本文提出了基于重加密的两方隐私集合交集协议,初步实现了隐私保护和计算结果可验证。具体而言,首先用户将单子集扩展为多子集,并为每个子集隐式嵌入标签集,仅对拥有相同标签的子集进行交集计算,实现细粒度操作,有利于拓宽协议的实际应用价值。其次,用户利用重加密技术对集合元素加密,云服务器对重加密密文计算集合交集,在此过程中无法获知任何关于用户数据的明文信息,实现隐私保护。最后,用户根据判断多项式互素的代数等式是否成立,验证计算结果是否正确,实现交集计算的不可伪造。(2)基于伪随机函数的多方隐私集合交集协议在两方隐私集合交集协议实现可验证、防泄漏等安全性的基础上,本文进一步扩展为多方计算,提出了基于伪随机函数的多方隐私集合交集协议,旨在抵抗共谋攻击,保护用户隐私及确保计算结果的正确性。具体而言,用户构造伪随机函数及利用不经意键值存储对元素进行编码加密,只保留键值对的映射关系,防止云服务器和用户进行共谋攻击导致隐私泄露。其次,用户通过复制集合元素及插入虚拟集合,判断交集结果是否在有效区间内,实现计算结果可验证。最后,本协议使用对称加密以及轻量的异或操作,降低计算开销,提高性能效率。
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