一佳云存儲數據模糊關鍵字信息檢索研究與實現

ISC2011NewBee小組：李龍一佳 楊震吳俊宏 王曉哲主要內容系統(tǒng)實現方案3系統(tǒng)性能測試4研究背景1系統(tǒng)整體框架2系統(tǒng)特色與創(chuàng)新5研究背景2010年產生的數字信息量已達到1.2ZB，研究顯示十年后每年產生數據量增加45倍。研究背景云存儲應用趨多現有云存儲產品研究背景目前使用云存儲服務的用戶分布情況研究背景目前有不少云存儲提供商對數據進行加密存儲，如Zetta、迅雷網盤等。云存儲加密過程并不由用戶控制，云存儲服務提供商

能查看用戶數據，用戶仍然對數據的安全性存在擔憂。用戶自己將數據加密后上傳到云端，可以保證云端數據的機密性，卻讓數據變得難以利用。大量的數據通過檢索可以更方便用戶使用，但是相似

的關鍵字加密結果完全不同，這給模糊檢索帶來困難。研究背景——相關工作加密數據檢索研究始于2000年，Song等人提出第一個可檢索的加密方案。2007年Brinkman總結和歸納了已有的加密檢索方案，將加密檢索方案分為三類2010年，JinLi等人首次提出了支持模糊關鍵詞檢索的加密檢索方案（INFOCOM

2010）。Index-basedApproach優(yōu)點：檢索效率高缺點：索引表文件需要額外存儲空間Search

in

TheEncrypted

Data優(yōu)點：不需要額外的存儲開銷缺點：計算代價大，檢索效率低Using

SecretSharing優(yōu)點：安全性高缺點：通信代價大系統(tǒng)整體框架建立索引文件加密文件文件加密索引文件索引文件加密加密云端服務器非法用戶合法用戶加密關鍵字加密關鍵字檢索結果無結果加密數據檢索系統(tǒng)整體框架系統(tǒng)整體框架——索引建立摘要日期大小類型文件文本內容加密的索引文件關鍵字與文件對應關系關鍵字合并加密過濾高頻詞提并提取關鍵字加密數據檢索索引文件建立過程系統(tǒng)整體框架——加密方案加密數據文件請求檢索的加密關鍵字加密索引文件加密的檢索結果加密數據檢索系統(tǒng)加密方案加密數據系統(tǒng)實現方案——WFS缺點：索引文件存儲開銷大。若數據含有105個關鍵詞（數據約1GB），關鍵詞平均長度為10，預設編輯距離為2，哈希函數輸出長度為160bit，生成的索引表大小為400MB基于通配符的加密數據模糊檢索方案WFS（Wildcard-based

Fuzzy

Search）2010年，JinLi等人首次提出了支持模糊關鍵詞檢索的加密檢索方案（INFOCOM

2010）。輸入關鍵詞：cloud系統(tǒng)實現方案——DFS考慮到WFS方案的弊端，我們提出更高效的基于字典查詢的加密數據模糊檢索方案若數據含有105個關鍵詞（數據約1GB），關鍵詞平均長度為10，預設編輯距離為2，生成的索引表大小不到10MB基于字典查詢的加密數據模糊檢索方案DFS（Dictionary-based

Fuzzy

Search

）系統(tǒng)實現方案——DFS關鍵字模糊化關鍵字模糊集關鍵字加密加密的關鍵字模糊集云端服務器1、對模糊關鍵字集中的每個關鍵字進行檢索

2、將檢索的結果返回給用戶檢索結果返回到客戶端輸入關鍵字對檢索結果評分排序后顯示DFS加密數據模糊檢索過程系統(tǒng)實現方案——DFS模糊度是通過編輯距離ed(w1,w2)來度量的，編輯距離是指單詞w1變換到w2所需要編輯的字母數。根據模糊度從詞典中構造模糊關鍵字集，這樣的模糊方法可以避免在INFOCOM上提出的WFS方案中將所有模糊關鍵字保存在索引文件中導致索引劇增的情況。字典文件ExpandExpandableExpandedExpanderExpandersExpandible模糊結果查詢字典模糊集DFS模糊關鍵字集構造方法DFS方案安全性分析用戶上傳到云端的數據文件和索引文件已經過用戶的加密處理，可避免機密信息在云端被竊取每個數據文件使用不同的子密鑰進行加密，有效防止唯密文攻擊客戶端發(fā)送到云端請求檢索的關鍵字經過加密，非法用戶無法檢索，可避免信息被截獲而泄露用戶的檢索意圖云存儲加密數據模糊關鍵字檢索的整個過程在密文上進行，云端不會出現任何明文形式的信息系統(tǒng)性能測試DFS和WFS兩種方案索引文件大小比較系統(tǒng)性能測試DFS和WFS兩種方案索引建立時間比較系統(tǒng)性能測試關鍵字ThoughMakeAssumptionDetermined檢索時間(ms)WFS模糊方案

DFS模糊方案7.2

135.34.6

82.74.2

107.32.4

103.2Continental

1.4

114.0DFS和WFS兩種方案索引文件大小比較我們的方案以較小的毫秒級的時間增長為代價，很大程度上減少了存儲空間開銷，具有實際應用價值。系統(tǒng)功能PC客戶端手機客戶端

(Android智能系統(tǒng))服務端系統(tǒng)