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隐私保护信息检索协议及其应用研究

作　者: 陈杨杨
导　师: 黄征
学　校: 上海交通大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 隐私保护信息检索秘密分享同态加密安全通信
分类号: TP393.08
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

隐私保护信息检索(Private information retrieval),简称PIR,是为了保障个人隐私在公共网络平台上的私密性而采用的策略。当用户在数据库上检索信息时,它将采用一定的方法来阻止数据库服务器知晓用户查询语句的相关信息,从而保护用户的查询隐私。隐私信息检索的发展和普及不仅仅需要隐私保密技术的不断提高,还需要人们对隐私保护认知的不断增强。在当前现实生活中,像医药数据库,专利数据库等对检索隐私有着较高要求的领域,隐私信息检索都具有很大的应用空间。本文主要对单服务器和多服务器环境下的隐私保护信息检索协议、隐私保护信息检索的两个典型协议:基于陷门信息的可计算隐私信息保护协议和基于安全协处理器的隐私信息保护协议和一个典型应用:Pynchon Gate系统进行了研究。在对单服务器和多服务器环境下的隐私保护信息检索协议研究中,通过分析已提出PIR方案的优缺点,探求一种能够综合考虑多方面安全性的可行PIR方案模型。故采用秘密共享,同态加密和安全通信等技术,结合当前网络环境的复杂性,并考虑可能存在的对用户检索信息的恶意攻击,设计了一种适用于多服务器环境下的隐私信息检索方案。基于陷门信息的可计算隐私信息检索协议是基于单服务器的隐私信息检索方案,它通过算法的优化,致力于降低方案的计算复杂度,并力求提高其安全性。基于安全协处理器的隐私信息检索方案有效的引入了安全预处理的概念,并优化了线上和线下对查询数据处理的效率,具有很广阔的应用前景。本文通过对这两个协议的核心思想和运行流程的分析,并进行总结归纳。Pynchon Gate系统是一个匿名邮件检索系统。它采用分布式的可信隐私检索协议阻止攻击者对用户邮件的恶意攻击,进而将邮件分发到匿名接收者那里,从而保障邮件的完整性和保密性。这是一个有效利用隐私保护信息检索协议的典型应用。通过分析隐私信息检索方案在其应用模式,本文提出了对隐私信息检索协议的应用机制的合理设想。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 问题引入  9-10
  1.2 课题研究背景  10
  1.3 课题的研究历史和现状  10-12
    1.3.1 研究历史  10-11
    1.3.2 研究现状  11-12
  1.4 研究中值得关注的问题  12-13
  1.5 本文创新性工作  13
  1.6 论文主要工作与章节安排  13-15
2 基础理论知识  15-30
  2.1 同态加密技术  15-20
    2.1.1 概述  15-16
    2.1.2 ElGamal 加密方案  16
    2.1.3 Pailier 加密方案  16-17
    2.1.4 全同态加密方案  17-20
  2.2 秘密共享技术  20-23
    2.2.1 秘密共享的基本方案  20-22
    2.2.2 矢量空间的秘密共享方案  22-23
  2.3 安全通信技术  23-29
    2.3.1 IPSec 协议  24-25
    2.3.2 SSL 协议  25-28
    2.3.3 应用层安全通信协议  28-29
  2.4 本章小结  29-30
3 多服务器环境下的隐私保护信息检索方案  30-46
  3.1 简介  30-32
    3.1.1 基础理论  30-31
    3.1.2 模型  31-32
    3.1.3 多服务器环境中应该考虑的问题  32
  3.2 方案的总体描述  32-34
  3.3 方案的详细描述  34-42
    3.3.1 秘密通信阶段  35
    3.3.2 查询语句处理阶段  35-37
    3.3.3 服务器处理阶段  37-42
  3.4 方案分析  42-45
  3.5 本章小结  45-46
4 多服务器环境下隐私保护信息检索方案实验及其分析  46-63
  4.1 高精度计算库  46-49
    4.1.1 GMP library  46-47
    4.1.2 NTL library  47-49
  4.2 实验环境  49-50
    4.2.1 实验硬件环境  49
    4.2.2 实验软件环境  49-50
  4.3 秘密通信阶段的实现模块  50-52
  4.4 客户端模块  52-55
  4.5 服务器模块  55-58
  4.6 数据库拆分模块  58-59
  4.7 模拟实验和结果  59-62
  4.8 本章小结  62-63
5 隐私保护信息检索典型协议研究  63-74
  5.1 基于匿名信息和陷门组的隐私信息检索方案  63-67
    5.1.1 简介  63
    5.1.2 基于匿名信息策略的总体流程  63-64
    5.1.3 基于匿名信息策略的实例解析  64-65
    5.1.4 基于陷门组策略的总体流程  65-66
    5.1.5 基于陷门组策略的实例解析  66
    5.1.6 基于匿名信息和陷门组的策略总结  66-67
  5.2 基于安全协处理器的隐私信息检索方案  67-73
    5.2.1 简介  67
    5.2.2 方案的引入  67-68
    5.2.3 方案模型  68-69
    5.2.4 详细设计  69-70
    5.2.5 线下预处理阶段  70-71
    5.2.6 线上检索阶段  71-73
    5.2.7 方案执行效率  73
  5.3 本章小结  73-74
6 The Pynchon Gate 研究  74-79
  6.1 简介  74
  6.2 系统详细设计  74-77
  6.3 分析和展望  77-78
  6.4 本章小结  78-79
7 总结与展望  79-81
  7.1 论文工作与总结  79
  7.2 进一步研究展望  79-81
参考文献  81-85
致谢  85-86
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  86-88

隐私保护信息检索协议及其应用研究

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