[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

摘要

本发明公开一种基于不经意量子密钥分配的最近隐私查询方法，其特征在于包括两个参与方数据拥有者Bob和用户Alice，数据拥有者Bob拥有一个隐私数据集B；用户Alice拥有一个隐私数据x，在保护各自隐私的前提下，经量子方法查询后，Alice得到Bob隐私数据集中离x最近的元素xi。本发明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。

主权项

一种基于不经意量子密钥分配的最近隐私查询方法，其特征在于包括两个参与方：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,...,xi,...,xm}；xi表示第i个n位的元素，且xi∈{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)＝xl表示所述隐私数据集B中与j最近的元素是xl，xl∈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Di(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kj(i)；2.2.1、所述数据拥有者Bob随机制备一个长光子序列，长度大于N+(a‑1)，其中每个光子处于集合{|0>,|1>,|+>,|‑>}中的某个状态，并且将|0>和|1>编码为0，|+>和|‑>编码为1；2.2.2、所述数据拥有者Bob将制备的光子逐一发送给用户Alice，用户Alice对接收到的每个光子随机选择基BZ或BX进行测量，并公布哪些光子已成功测量，忽略丢失光子所携带的信息；2.2.3、所述数据拥有者Bob对于用户Alice已经成功测量的每个光子公布一个“0”或“1”，其中“0”代表该光子原始状态为|0>或|+〉，“1”代表该光子原始状态为|1>或|‑>；一旦用户Alice成功测量的光子数达到N+(a‑1)个时停止光子的分发；2.2.4、用户Alice根据数据拥有者Bob公布的“0”或“1”来推断光子的原始状态，从而产生一个长度为N+(a‑1)的生密钥串ROK；2.2.5、后处理过程：N+(a‑1)比特的生密钥串ROK记为R1R2...RN+(a‑1)，N+(a‑1)比特的最终不经意密钥串FOK记为F1F2...FN+(a‑1)；后处理具体步骤如下：2.2.5.1、首先数据拥有者Bob通过式(1)来计算确定安全参数k的值：2.2.5.2、数据拥有者Bob和用户Alice各自采取式(2)将生密钥串ROK处理成最终不经意密钥串FOK：Fi=⊕j=ii+k-1modN+(a-1)Rj=⊕j=ii+1modN+(a-1)Rj,1≤i≤N+(a-1).---(2)]]>2.2.6、诚实性检测过程：用户Alice的最终不经意密钥串FOK的已知位数恰好为a位，用户Alice将随机选择其中的a‑1位来检测数据拥有者Bob的诚实性，即要求数据拥有者Bob公布相应a‑1位对应的比特值，如果出现不一致的位，则终止密钥建立，直接返回步骤2.2.1；如果a‑1位检测位完全相同，则通过诚实性检测，随之用户Alice和数据拥有者Bob将最终不经意密钥串FOK中已检测的相应a‑1位丢弃，其他密钥位顺序不变，并记为最终已成功检测的密钥FCOK；2.2.7、移位操作：用户Alice根据自己的隐私数据x以及密钥FCOK中的已知位下标y，通过式(3)计算后将结果s发送给数据拥有者Bob：s＝y‑x       (3)随后用户Alice和数据拥有者Bob根据s值对各自的FCOK进行移位，结果记为k(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kx(i)；步骤2.4、将i+1赋值给i，并判断i＞n是否成立，若成立，则执行步骤3，否则返回步骤2.2；步骤3、所述数据拥有者Bob生成密文C并公开；步骤3.1、初始化i＝1；步骤3.2、初始化j＝0；步骤3.3、利用式(4)得到第i列第j行的密文c[i,j]：c[i,j]=Di(j)⊕kj(i)---(4)]]>步骤3.4、将j+1赋值给j，并判断j＞N‑1否成立，若成立，则执行步骤3.5，否则返回步骤3.3；步骤3.5、将i+1赋值给i，并判断i＞n是否成立，若成立，则公开所得到密文C，并执行步骤4，否则返回步骤3.2；步骤4、所述用户Alice根据所述隐私数据x、密文C以及n个密钥的第x位kx(1),kx(2)，…,kx(i)，…,kx(n)，得到第x个数据项记为D(x)，其中，第x个数据项第i位是通过式(5)获得：Di(x)=c[i,x]⊕kx(i)---(5).]]>