基于大數(shù)據(jù)的用戶隱私數(shù)據(jù)多層級(jí)加密及仿真研究

０引言互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，伴隨大數(shù)據(jù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，雖然為人們工作和生活創(chuàng)造了便利條件，但是對(duì)用戶的隱私也埋下了安全隱患。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)用戶隱私數(shù)據(jù)信息被盜取的頻率逐漸提升，降低了互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量。為了改善此發(fā)展局面，我國(guó)加大了對(duì)用戶隱私數(shù)據(jù)加密研究的投資，設(shè)置了專屬科研項(xiàng)目。由于當(dāng)前提出的數(shù)據(jù)加密處理技術(shù)尚不完善，抗攻擊性能、加密效率、提升性能強(qiáng)度等目標(biāo)未能同時(shí)實(shí)現(xiàn)，本文提出一種多層級(jí)加密技術(shù)展開(kāi)探究。１基于大數(shù)據(jù)的用戶隱私數(shù)據(jù)多層級(jí)加密概述1.1大數(shù)據(jù)下的用戶隱私數(shù)據(jù)多層級(jí)加密介紹

多層級(jí)加密技術(shù)用于檢測(cè)用戶數(shù)據(jù)身份，將相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)程序中，經(jīng)過(guò)去噪處理，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行多級(jí)加密，從而起到保護(hù)用戶隱私數(shù)據(jù)的作用。其中，多層級(jí)加密指的是按照參數(shù)等級(jí)不同，逐級(jí)采取加密處理，形成多層保護(hù)結(jié)構(gòu)。如果需要訪問(wèn)用戶隱私信息，需要逐個(gè)層級(jí)檢驗(yàn)身份，待通過(guò)最后一個(gè)層級(jí)身份檢驗(yàn)以后，才可以訪問(wèn)到用戶隱私數(shù)據(jù)信息。與其他數(shù)據(jù)加密方法相比，這種加密方法安全性能更高一些，將私鑰和公鑰加密方法融為一體，對(duì)隱私數(shù)據(jù)進(jìn)行多層級(jí)加密，數(shù)據(jù)被盜取的可能性很低。1.2大數(shù)據(jù)下的用戶隱私數(shù)據(jù)多層級(jí)加密原理假設(shè)多級(jí)加密系數(shù)為G，解密系數(shù)為H，對(duì)數(shù)據(jù)采集密鑰處理的符號(hào)為“+”，當(dāng)采取私鑰處理時(shí)，用Q1表示；當(dāng)采取公鑰處理時(shí)，用Q2表示，以下為多級(jí)加密處理計(jì)算公式：公式（1）中，參數(shù)a與參數(shù)b均為身份認(rèn)證數(shù)據(jù)；“+”代表多層級(jí)加密函數(shù)相關(guān)關(guān)系，當(dāng)用戶需要訪問(wèn)隱私數(shù)據(jù)時(shí)，需要逐一通過(guò)各層級(jí)身份驗(yàn)證。因此，本文提出的加密方法就是一個(gè)多層級(jí)融合加密的處理方案，通過(guò)驗(yàn)證數(shù)據(jù)融合實(shí)現(xiàn)預(yù)期安全保護(hù)目標(biāo)。

每一層數(shù)據(jù)密文的噪聲分布不同，需要根據(jù)各個(gè)層級(jí)密文分布特點(diǎn)，采取多層級(jí)數(shù)據(jù)加密處理，以保證隱私數(shù)據(jù)的安全。目前，大部分研究給出的密文噪聲處理方法是以原始數(shù)據(jù)作為處理對(duì)象，經(jīng)過(guò)噪聲平方計(jì)算得到去噪處理相關(guān)數(shù)據(jù)。然而，這種加密處理方法在多級(jí)加密處理中存在漏洞，所以仍需對(duì)隱私數(shù)據(jù)多級(jí)加密處理進(jìn)行深入探究，本文將在以往研究基礎(chǔ)上，提出新的多層級(jí)加密方案。壹基于大數(shù)據(jù)的用戶隱私數(shù)據(jù)多層級(jí)加密方案設(shè)計(jì)2.1基于大數(shù)據(jù)的用戶隱私數(shù)據(jù)代表元的提?。?）基于大數(shù)據(jù)的隱私數(shù)據(jù)映射。本研究方案采用多項(xiàng)式計(jì)算方法，在原有的向量運(yùn)算方案上進(jìn)行優(yōu)化，形成多項(xiàng)式系數(shù)向量環(huán)。經(jīng)過(guò)向量環(huán)類別劃分，創(chuàng)建代表元集合。該集合由兩部分構(gòu)成，其中一部分為用戶隱私數(shù)據(jù)，另外一部分為商環(huán)。采用映射方法，對(duì)大數(shù)據(jù)環(huán)境下隱私數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成密鑰，處理過(guò)后如下：公式（2）中，代表密鑰；W代表輸入?yún)?shù)。關(guān)于隱私數(shù)據(jù)的加密處理，同樣采用映射處理，完成數(shù)據(jù)加密，算法如下：公式（3）中，代表密文空間；代表明文空間。關(guān)于隱私數(shù)據(jù)加密相關(guān)數(shù)值的計(jì)算，是對(duì)運(yùn)算集合進(jìn)行映射處理。以下為數(shù)據(jù)計(jì)算算法：假設(shè)明文空間的運(yùn)算為，那么可以得到明文空間與加密方案的關(guān)系：上述關(guān)系建立在以下條件基礎(chǔ)上：假設(shè)整數(shù)集為，在集合中取任一數(shù)據(jù)，要求數(shù)據(jù)q滿足以下要求：公式（7）中，為代表元。按照上述要求，創(chuàng)建數(shù)據(jù)加密方案，記為。其中，加密方案中的密鑰為q，明密文有兩個(gè)，分別是c和p。（2）大數(shù)據(jù)環(huán)境下隱私數(shù)據(jù)信息模運(yùn)算。假設(shè)整系數(shù)多項(xiàng)式環(huán)為，對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式如下：公式（8）中，取值范圍為常數(shù)。關(guān)于多項(xiàng)式計(jì)算公式如下：公式（9）中，函數(shù)的取值范圍為。整數(shù)多項(xiàng)式集合為，最高次數(shù)均在n以下。關(guān)于集合的求取方法，采用模運(yùn)算進(jìn)行計(jì)算，公式如下：公式（10）中，關(guān)于參數(shù)a、b、d之間的關(guān)系如下：（3）大數(shù)據(jù)環(huán)境下創(chuàng)建商環(huán)及用戶隱私數(shù)據(jù)代表元集合。由于整數(shù)多項(xiàng)式相似，僅系數(shù)不同，因此本研究利用列向量來(lái)表示多項(xiàng)式，記為系數(shù)向量，通過(guò)求取列向量可以得到關(guān)于集合的全部映射結(jié)果。其中，多項(xiàng)式環(huán)的計(jì)算采用乘法和加法計(jì)算，此部分計(jì)算必須滿足分配率和交換律要求。如果兩個(gè)向量模相等，方向相反，則得到的加法計(jì)算結(jié)果為零向量。按照上述計(jì)算原理，對(duì)向量類進(jìn)行劃分。依據(jù)劃分結(jié)果，建立商環(huán)和隱私數(shù)據(jù)代表元集合，公式如下：利用公式（12）計(jì)算結(jié)果，對(duì)整數(shù)明文采取映射處理，得到數(shù)據(jù)代表元計(jì)算結(jié)果，以下為計(jì)算公式：2.2大數(shù)據(jù)環(huán)境下的用戶隱私數(shù)據(jù)多級(jí)加密模型設(shè)計(jì)利用公式（13）的計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)多級(jí)加密模型。按照加密模型體系結(jié)構(gòu)，分別對(duì)各個(gè)層級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。其中，加密處理比較靈活，以用戶對(duì)于隱私數(shù)據(jù)安全保護(hù)的需求，設(shè)計(jì)具體的層級(jí)加密處理方案。以下為加密模型設(shè)計(jì)方案：公式（14）建立在數(shù)據(jù)代表元計(jì)算公式基礎(chǔ)上，采取迭代計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果賦予數(shù)據(jù)代表元，建設(shè)加密模型體系結(jié)構(gòu)。其中，n代表迭代處理次數(shù)，經(jīng)過(guò)迭代處理后的結(jié)果用表示。2.3大數(shù)據(jù)環(huán)境下的模型分級(jí)通常情況下，為了明確系統(tǒng)的不確定程度，對(duì)集合中的信息熵進(jìn)行計(jì)算。在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，通過(guò)處理隱私數(shù)據(jù)，為信息熵計(jì)算提供數(shù)據(jù)支撐，從而掌握隱私數(shù)據(jù)分布情況。以下為計(jì)算公式：公式（15），根據(jù)隱私數(shù)據(jù)分布情況，對(duì)模型采取分級(jí)處理，形成多個(gè)層級(jí)的隱私數(shù)據(jù)，每個(gè)層級(jí)的隱私數(shù)據(jù)所在位置以坐標(biāo)點(diǎn)形式標(biāo)明。2.4大數(shù)據(jù)環(huán)境下的加密模型的公鑰與私鑰假設(shè)存在一個(gè)多項(xiàng)式，利用拉格朗日函數(shù)，對(duì)此函數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，可以得到以下計(jì)算公式：從集合中提取密文，記為CDHT。與此同時(shí)，提取經(jīng)過(guò)加密偶處理的密文CK，從而獲取密文MS，以下為密文表達(dá)式：假設(shè)抗碰撞函數(shù)為F，隨機(jī)抽取函數(shù)記為F’，采取多層級(jí)加密處理能夠在很大程度上改善加密體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)可以用以下公式呈現(xiàn)：關(guān)于加密體系的私鑰和公鑰設(shè)置，是在系統(tǒng)內(nèi)部建立函數(shù)setup(Q)，在隱私數(shù)據(jù)中隨機(jī)選取數(shù)據(jù)a，取值范圍。假設(shè)存在以下關(guān)系成立：則求取公鑰的計(jì)算公式為（20），私鑰計(jì)算公式為（21）。公鑰：

私鑰：

３基于大數(shù)據(jù)的用戶隱私數(shù)據(jù)多層級(jí)加密仿真測(cè)試結(jié)果分析3.1不同方法應(yīng)用下的數(shù)據(jù)加密性能強(qiáng)度對(duì)比仿真測(cè)試

為了檢驗(yàn)本文提出的多層級(jí)加密方案是否可行，本研究選取兩種應(yīng)用比較多的數(shù)據(jù)加密方法作為對(duì)照組，其中一種加密方法為屬性參數(shù)加密法，記為B，另外一種加密方法為大規(guī)模數(shù)值加密法，記為C，本文提出的加密方法記為A。采用仿真測(cè)試方法，對(duì)3種加密方法的加密性能強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表1所示。表1數(shù)據(jù)加密性能強(qiáng)度對(duì)比測(cè)試結(jié)果表1中測(cè)試結(jié)果顯示，3種加密方法隨著加密時(shí)間的推移，加密性能強(qiáng)度均有提升。其中，C加密方法的加密性能強(qiáng)度最低，并且加密強(qiáng)度隨著時(shí)間的增加上升幅度較小。本次測(cè)試以2s為初始測(cè)試時(shí)間，A加密方法在加密強(qiáng)度方面體現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)較為明顯，與B加密方法的加密強(qiáng)度差值為0.31%。隨著時(shí)間的推移，A加密方法始終保持優(yōu)勢(shì)。當(dāng)加密時(shí)間達(dá)到50s時(shí)，A加密方法的加密強(qiáng)度大約為B加密方法加密強(qiáng)度數(shù)值的2倍。3.2不同方法應(yīng)用下抗攻擊性能對(duì)比仿真測(cè)試抗攻擊性能作為數(shù)據(jù)加密測(cè)試重要指標(biāo)，本次測(cè)試分別對(duì)前文提出3種加密方法的抗攻擊性能進(jìn)行測(cè)試。取6個(gè)加密時(shí)間點(diǎn)作為測(cè)試點(diǎn)，分別為10s、30s、50s、70s、90s、110s，用Q記錄本文提出的加密方法的抗攻擊性能，Q1記錄B加密方法抗攻擊性能數(shù)據(jù)，Q2記錄C加密方法抗攻擊性能數(shù)據(jù)，結(jié)果如表2所示。表2抗攻擊性能對(duì)比測(cè)試結(jié)果表2中測(cè)試結(jié)果顯示，A、B、C3種加密方法在數(shù)據(jù)加密處理中，隨著時(shí)間的推移，抗攻擊性能均呈現(xiàn)出先上升后減小趨勢(shì)。其中，C加密方法在50s時(shí)性能數(shù)值達(dá)到最大值，A方法和B方法隨著時(shí)間的推移抗攻擊性能逐漸下降。相比之下，C加密方法的抗攻擊性能最弱，性能數(shù)據(jù)上升幅度較小。A加密方法的抗攻擊性能最強(qiáng)，當(dāng)加密時(shí)間為10s時(shí)，A加密方法的抗攻擊性能達(dá)到了100%，而B(niǎo)加密方法的抗攻擊性能只有88.29%。3.3不同方法應(yīng)用下加密時(shí)間對(duì)比仿真測(cè)試

本次測(cè)試還對(duì)不同加密方法的數(shù)據(jù)加密處理速率進(jìn)行測(cè)試，設(shè)置不同加密數(shù)量，測(cè)試同樣加密數(shù)量情況下耗費(fèi)的加密時(shí)間，結(jié)果如表3所示。表3加密時(shí)間對(duì)比測(cè)試結(jié)果表3仿真測(cè)試結(jié)果顯示，相同加密數(shù)量條件下，本文提出的加密方案耗費(fèi)的時(shí)間最短，并且隨著時(shí)間的推移，A加密方法的加密效率優(yōu)勢(shì)更為顯著。當(dāng)加密數(shù)量為30G時(shí)，A加密方法耗費(fèi)時(shí)間為19.5s，B加密方法耗費(fèi)的時(shí)間大約是A方法耗時(shí)的6倍，C加密方法耗時(shí)大約是B加密方法耗時(shí)的2倍。綜合上述測(cè)試結(jié)果，本文提出的A加密方法的加密強(qiáng)度、抗攻擊性能、加密時(shí)間等3項(xiàng)性能指標(biāo)皆呈現(xiàn)出較大優(yōu)勢(shì)，是用戶隱私數(shù)據(jù)保護(hù)的理想處理方案。４結(jié)