二阶段匿踪查询方法、系统、电子设备及计算机可读介质与流程

所属的技术人员能够理解，本公开的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本公开的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。下面参照图5来描述根据本公开的这种实施方式的电子设备500。图5显示的电子设备500仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。如图5所示，电子设备500以通用计算设备的形式表现。电子设备500的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理单元510、上述至少一个存储单元520、连接不同系统组件(包括存储单元520和处理单元510)的总线530。其中，存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元510执行，使得处理单元510执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种示例性实施方式的步骤。存储单元520可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(ram)5201和/或高速缓存存储单元5202，还可以进一步包括只读存储单元(rom)5203。存储单元520还可以包括具有一组(至少一个)程序模块5205的程序/实用工具5204，这样的程序模块5205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。总线530可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。电子设备500也可以与一个或多个外部设备(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备500交互的设备通信，和/或与使得该电子设备500能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过显示单元540和与显示单元540连接的输入/输出(i/o)接口550进行。并且，电子设备500还可以通过网络适配器560与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器560通过总线530与电子设备500的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备500使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。在本公开的示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有能够实现本说明书上述方法的程序产品。在一些可能的实施方式中，本公开的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在终端设备上运行时，程序代码用于使终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种示例性实施方式的步骤。在本公开的实施方式中，还提供了用于实现上述方法的程序产品，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本公开的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。此外，上述附图仅是根据本公开示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

背景技术：

1、隐私信息检索(private information retrival，pir)技术，即匿踪查询是隐私计算领域的关键技术之一，可以使客户端在向服务端提交查询请求后，服务端仅能获知查询到来而不能获知具体查询条件的情况下，向客户端提供对应的查询结果，从而避免了向服务端泄露客户端的隐私信息。

2、目前，匿踪查询可以通过索引进行查询，客户端需要预先获知待查询的特征数据在服务端中所对应索引的信息，再基于索引进行提取；或者，也可以基于关键词进行查询，服务器通常以键值(key-value)形式存储关键词与对应的特征数据，从而客户端可以根据关键词进行特征数据的查询。

3、通常来说，针对键值存储的待查询数据仅能基于基于关键词的匿踪查询方式，而基于关键词的匿踪查询又通常需要计算、传输全部特征数据的密文，执行复杂度较高，通信开销更大，对带宽要求更高，使得其部署成本高，而且在长特征数据的匿踪查询中性能尤其较低，难以支持高性能计算。

技术实现思路

1、本公开的目的在于提供一种二阶段匿踪查询方法、二阶段匿踪查询系统、电子设备及计算机可读介质，该方法通过对基于关键词的匿踪查询方法进行改进，有效降低关键词查询过程中的通信量，进而降低了传输配置需求，提高了查询响应效率，在低带宽、长特征的匿踪查询中也能够保证查询质量，从而支持高性能计算。

2、根据本公开的第一方面提供了一种二阶段匿踪查询方法，该方法可以应用于服务端，该方法可以包括：与客户端基于查询键进行不经意伪随机函数oprf计算，获得客户端提供的查询键密文；基于查询键密文在第一键索引集中进行同态计算，获得密文形式的第一查询结果，并向客户端提供第一查询结果，以使客户端基于第一查询结果获得查询键对应的键值索引；获得客户端基于键值索引提供的索引密文；基于索引密文在第一值索引集中进行同态计算，获得第二查询结果，并向客户端提供第二查询结果，以使客户端对第二查询结果进行解密获得查询键对应的原始值；第一键索引集与第一值索引集基于以键值形式存储的原始数据构建，其中以键值索引分别指向原始数据中对应的原始键与原始值，第二查询结果为查询键所对应原始值的密文。

3、可选地，基于以键值形式存储的原始数据构建第一键索引集与第一值索引集包括步骤如下：对以键值形式存储的原始数据以键值索引分别标识原始键与原始值，获得第二键索引集与第二值索引集；基于第二键索引集构造求交多项式与标签多项式，获得第一键索引集；基于第二值索引集构造表示所有原始值的第一矩阵，获得第一值索引集，第一矩阵表示为总维度包括第一维度与多个第二维度的超立方体。

4、可选地，基于第二键索引集构造求交多项式与标签多项式，获得第一键索引集，包括：对第二键索引集中原始键进行oprf处理，获得第一伪随机值；将第一伪随机值进行切分，获得原始键对应的第二伪随机值，以及键值索引的索引密钥；基于索引密钥对键值索引进行加密；将第二伪随机值以及对应加密后的键值索引插入哈希表，并在哈希表中每一位置计算求交多项式和标签多项式的系数，获得第一键索引集。

5、可选地，基于查询键密文在第一键索引集中进行同态计算，获得密文形式的第一查询结果，并向客户端提供第一查询结果，包括：将查询键密文代入求交多项式与标签多项式，获得密文形式的求交计算结果与标签计算结果；将求交计算结果与标签计算结果作为第一查询结果向客户端提供，以使客户端基于求交计算结果确定查询键在原始键的交集，以及基于标签计算结果确定交集对应的键值索引。

6、可选地，基于索引密文在第一值索引集中进行同态计算，获得第二查询结果，包括：对索引密文进行转换，分别获得第一维度的第二矩阵，以及集合中元素数量对应第二维度的密文集合；索引密文由客户端将键值索引表示为查询向量获得，查询向量用于指示键值索引在第一矩阵中的索引位置；对第二矩阵与第一矩阵进行点乘计算，获得第一值索引集在第一维度上的密文子矩阵；对密文子矩阵与密文集合在第二维度上进行外积计算，获得第二查询结果。

7、根据本公开的第二方面提供了另一种二阶段匿踪查询方法，可以应用于客户端，该方法可以包括：与服务端基于查询键进行oprf计算，并向服务端提供查询键密文；获得服务端基于查询键密文提供的第一查询结果，并对第一查询结果进行解密获得查询键对应的键值索引；基于键值索引向服务端提供索引密文；获得服务端基于索引密文提供的第二查询结果，对第二查询结果进行解密获得查询键对应的原始值；键值索引分别在服务端的第一键索引集与第一值索引集中指向原始数据中对应的原始键与原始值，第一键索引集与第一值索引集基于以键值形式存储的原始数据构建，第二查询结果为查询键所对应原始值的密文。

8、可选地，与服务端基于查询键进行oprf计算，并向服务端提供查询键密文，包括：与服务端基于查询键进行oprf处理，获得第三伪随机值；将第三伪随机值进行切分，获得查询键对应的第四伪随机值，以及键值索引的索引密钥，索引密钥用于客户端对第一查询结果进行解密；对第四伪随机值进行同态加密，获得查询键密文；向服务端提供查询键密文。

9、根据本公开的第三方面提供了一种二阶段匿踪查询系统，该系统可以包括客户端与服务端，其中，客户端可以包括：关键词查询模块，用于与服务端基于查询键进行oprf计算，并向服务端提供查询键密文；关键词结果模块，用于获得服务端基于查询键密文提供的第一查询结果，并对第一查询结果进行解密获得查询键对应的键值索引；索引查询模块，用于基于lwe对键值索引处理，构键索引密文，并向服务端提供索引密文；索引结果模块，用于获得服务端基于索引密文提供的第二查询结果，对第二查询结果进行解密获得查询键对应的原始值；第二查询结果为查询键所对应原始值的密文；

10、服务端包括：关键词接收模块，用于与客户端基于查询键进行不经意伪随机函数oprf计算，获得客户端提供的查询键密文；关键词计算模块，用于基于查询键密文在第一键索引集中进行同态计算，获得密文形式的第一查询结果，并向客户端提供第一查询结果，以使客户端基于第一查询结果获得查询键对应的键值索引；索引接收模块，用于获得客户端基于键值索引提供的索引密文；索引计算模块，用于基于索引密文在第一值索引集中进行同态计算，获得第二查询结果，并向客户端提供第二查询结果，以使客户端对第二查询结果进行解密获得查询键对应的原始值；第一键索引集与第一值索引集基于以键值形式存储的原始数据构建，其中以键值索引分别指向原始数据中对应的原始键与原始值。

11、可选地，客户端的关键词查询模块，具体用于与服务端基于查询键进行oprf处理，获得第三伪随机值；将第三伪随机值进行切分，获得查询键对应的第四伪随机值，以及键值索引的索引密钥，索引密钥用于客户端对第一查询结果进行解密；对第四伪随机值进行同态加密，获得查询键密文；向服务端提供查询键密文。

12、可选地，服务端还包括索引集构建模块，用于对以键值形式存储的原始数据以键值索引分别标识原始键与原始值，获得第二键索引集与第二值索引集；基于第二键索引集构造求交多项式与标签多项式，获得第一键索引集；基于第二值索引集构造表示所有原始值的第一矩阵，获得第一值索引集，第一矩阵表示为总维度包括第一维度与多个第二维度的超立方体。

13、可选地，服务端的索引集构建模块，具体用于对第二键索引集中原始键进行oprf处理，获得第一伪随机值；将第一伪随机值进行切分，获得原始键对应的第二伪随机值，以及键值索引的索引密钥；基于索引密钥对键值索引进行加密；将第二伪随机值以及对应加密后的键值索引插入哈希表，并在哈希表中每一位置计算求交多项式和标签多项式的系数，获得第一键索引集。

14、可选地，服务端的关键词计算模块，具体用于将查询键密文代入求交多项式与标签多项式，获得密文形式的求交计算结果与标签计算结果；将求交计算结果与标签计算结果作为第一查询结果向客户端提供，以使客户端基于求交计算结果确定查询键在原始键的交集，以及基于标签计算结果确定交集对应的键值索引。

15、可选地，服务端的索引计算模块，具体用于对索引密文进行转换，分别获得第一维度的第二矩阵，以及集合中元素数量对应第二维度的密文集合；索引密文由客户端将键值索引表示为查询向量获得，查询向量用于指示键值索引在第一矩阵中对应的索引位置；对第二矩阵与第一矩阵进行点乘计算，获得第一值索引集在第一维度上的密文子矩阵；对密文子矩阵与密文集合在第二维度上进行外积计算，获得第二查询结果。

16、根据本公开的第四方面，提供了一种电子设备，包括：

17、处理器；以及

18、存储器，用于存储处理器的计算机程序；

19、其中，处理器配置为经由执行计算机程序来实现上述实现如第一方面的二阶段匿踪查询方法，以及第二方面的二阶段匿踪查询方法。

20、根据本公开的第五方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如第一方面的二阶段匿踪查询方法，以及第二方面的二阶段匿踪查询方法。

21、根据本公开的第六方面，提供了一种计算机程序产品，当其在电子设备上运行时，使得电子设备执行如实现如第一方面的二阶段匿踪查询方法，以及第二方面的二阶段匿踪查询方法。

22、本公开提供的二阶段匿踪查询方法，服务端基于以键值形式存储的原始数据构建第一键索引集与第一值索引集，其中以键值索引分别指向原始数据中对应的原始键与原始值，从而在客户端基于oprf处理提供查询键密文的基础上，可以通过一阶段在第一键索引集中同态计算确定密文形式的第一查询结果，使客户端确定该查询键对应的键值索引；再在二阶段由客户端提供基于键值索引确定的索引密文，在第一值索引集中进行同态计算获得第二查询结果，从而使客户端确定查询键对应的原始值。该方法通过对键值形式存储的原始数据进行重构，使其支持关键词到索引再由索引到原始值的查询方式，其中提供关键词在键值数据库中查询对应特征值时，仅传输查询键oprf值、查询键密文、索引密文与查询键对应原始值的密文等少量数据，可以避免全部特征数据的密文、计算结果等大量传输通信压力，在适配键值存储广泛部署的同时，降低关键词查询过程中的通信量，进而降低了传输配置需求，提高了查询响应效率，尤其在低带宽、长特征的匿踪查询中能够更好地保证查询质量，以实现广泛部署的高性能计算。

23、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。