[发明专利]一种基于不经意量子密钥分配的最近隐私查询方法

说明书

技术领域

本发明涉及保护隐私的条件查询与量子信息处理领域，具体涉及一种基于不经意量子密钥分配的最近隐私查询方法。

背景技术

随着大数据的迅速发展，数据库规模越来越庞大，应用也越来越广泛。从安全角度看，尽管如今的数据库已经具有一些基本的安全措施，但是在一些实际应用中仍然面临许多问题，其中最主要的就是隐私泄露问题。为了解决一般的隐私泄露问题，Chor等人在1995年首次提出隐私信息检索(Private Information Retrieval，PIR)的概念和模型，并于1998年给出规范化定义，这种策略能够避免数据持有者获取用户查询语句的相关信息，从而保护用户隐私。但是，由于数据库本身是个庞大的系统，其内部有很多敏感的信息，如何保护数据库的隐私也成了一个更大的难题。为了同时保护数据库的隐私数据，Gertner等人随后提出了对称隐私信息检索(Symmetrically Private Information Retrieval，SPIR)，这可以被描述为：一个用户Alice想获取数据库持有者Bob所持数据库中的一个元素，但她不希望Bob知道自己具体对哪个元素感兴趣(用户隐私)，反过来Bob不允许Alice获得数据库中其他敏感的信息(数据库隐私)。

而对于一些满足特殊查询条件的隐私查询时，现有PIR或SPIR方案不再适用。具体考虑到最近隐私查询：查询用户有一个隐私秘密，而数据拥有者有一个隐私的数据集；在保证双方隐私的前提下，查询用户想知道数据拥有者的隐私数据集中哪一个元素离自己的隐私秘密最近。该查询在位置服务上有广泛应用。例如，一个用户正处于路途中的某个位置，而该用户的车油将要用尽，此时他需要从服务器中查询离他当前位置最近的加油站。而在这个查询过程中，用户的位置信息不能暴露给服务器，否则将会导致用户隐私泄露；另一方面也要保证用户无法获取服务器中其他位置服务点信息，因为服务器中的私有数据同样需要保护。

目前求解最近隐私查询的方法不多，而且这些方法均是借助经典密码学，多是基于经典的计算复杂性难题而设计的，而这些基于计算复杂性的困难问题对于量子计算机而言将变得不再困难。也就是说这些经典的方法不能抵抗量子计算机的攻击。另一方面，已有方法为了保护隐私需要牺牲大量的通信开销，故通信复杂度也很高。因此，这些为数不多的经典最近隐私查询方法很难应用到当今日益庞大的数据库服务中。此外，经典的最近隐私查询还引入了不合谋的第三方，然而在实际应用中，第三方为了利益可能会与其中一方勾结，那么这就会损害其他方的利益，也就使得隐私查询的安全性大大降低。

发明内容

本发明的目的在于解决现有经典技术中隐私数据库查询的不足，提供一种基于不经意量子密钥分配的最近隐私查询方法，以期能降低隐私查询中数据库服务器的计算复杂度和双方之间的通信复杂度，并且依据量子力学物理原理提高安全性，从而能使本方法更加实用且能更好地适用于大型数据库的最近隐私查询。

本发明为解决技术问题所采用如下的技术方案是：

本发明一种基于不经意量子密钥分配的最近隐私查询方法的特点包括两个参与方：数据拥有者Bob和用户Alice，所述数据拥有者Bob拥有一个隐私数据集B＝{x₁,x₂,...,x_i,...,x_m}；x_i表示第i个n位的元素，且x_i∈{0,1,2,…,N-1}；1≤i≤m；N＝2ⁿ；所述用户Alice拥有一个隐私数据x，x∈{0,1,2,…,N-1}；所述最近隐私查询方法是按如下步骤进行：

步骤1、所述数据拥有者Bob建立一个具有N个数据项的数据库D，其中，任意第j个数据项记为D(j)，且D(j)＝x_l表示所述隐私数据集B中与j最近的元素是x_l，x_l∈B；0≤j≤N-1；

步骤2、不经意量子密钥分配

步骤2.1、初始化i＝1；将第j个数据项D(j)的第i位二进制数记为D_i(j)；

步骤2.2、所述数据拥有者Bob基于不经意量子密钥分配方法建立一个N位的第i个密钥k(i)，并将第i个密钥k(i)的第j位记为k_j(i)；

步骤2.3、所述数据拥有者Bob得到全部N位的第i个密钥k(i)，所述用户Alice得到第i个密钥k(i)的第x位k_x(i)；