本發(fā)明涉及區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)管理，特別涉及一種基于局部敏感哈希的鏈上近似最近鄰數(shù)據(jù)隱私檢索方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診、金融風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、供應(yīng)鏈管理等眾多領(lǐng)域中扮演著重要角色。當(dāng)前，大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)面臨“人人有數(shù)據(jù)，人人缺數(shù)據(jù)”的“數(shù)據(jù)孤島”式困境，人們迫切需要?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)來(lái)建立合理、高效的數(shù)據(jù)共享模型，在數(shù)據(jù)交互過(guò)程中進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)管理。區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N能夠提供數(shù)據(jù)可信服務(wù)的分布式賬本技術(shù)，能夠作為一個(gè)穩(wěn)定且安全的數(shù)據(jù)平臺(tái)，利用其不可篡改、去信任、可溯源等優(yōu)良特性，實(shí)現(xiàn)低風(fēng)險(xiǎn)、低成本的數(shù)據(jù)管理方案。然而，隨著數(shù)據(jù)量的不斷增長(zhǎng)，人們對(duì)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)管理方案的性能要求越來(lái)越高，如何高效地處理鏈上數(shù)據(jù)已經(jīng)成為一大挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)檢索是進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、利用的基礎(chǔ)，也是利用區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理的前提，由于區(qū)塊鏈平臺(tái)的數(shù)據(jù)檢索通常運(yùn)用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)和加密算法來(lái)保證檢索的可驗(yàn)證性和安全性，其數(shù)據(jù)檢索效率通常受限，缺乏有效的數(shù)據(jù)檢索方法將對(duì)未來(lái)區(qū)塊鏈技術(shù)的廣泛應(yīng)用帶來(lái)巨大限制。近似最近鄰檢索是眾多數(shù)據(jù)檢索技術(shù)之一，對(duì)于編碼在高維向量空間的向量數(shù)據(jù)庫(kù)，近似最近鄰檢索能夠快速找到與檢索向量相似程度高的向量，為鏈上數(shù)據(jù)的管理提供一種擴(kuò)展性強(qiáng)的解決方案，被廣泛應(yīng)用于推薦系統(tǒng)領(lǐng)域。將近似最近鄰檢索應(yīng)用于鏈上數(shù)據(jù)檢索，能夠突破性能瓶頸，合理利用區(qū)塊鏈特性，為不同領(lǐng)域的應(yīng)用提供更加可靠的數(shù)據(jù)服務(wù)。但如何實(shí)現(xiàn)檢索過(guò)程中的隱私保護(hù)，確保數(shù)據(jù)的安全，是不可避免的痛點(diǎn)、難點(diǎn)。例如，在醫(yī)療領(lǐng)域，患者經(jīng)常使用基于物聯(lián)網(wǎng)的可穿戴技術(shù)，這些技術(shù)的傳感器終端設(shè)備負(fù)責(zé)收集、記錄和檢索患者的健康數(shù)據(jù)。如果這些數(shù)據(jù)遭到泄露或篡改，不僅會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的安全問(wèn)題，還可能對(duì)患者的生命安全構(gòu)成直接威脅。因此，如何實(shí)現(xiàn)高效、隱私的鏈上近似最近鄰檢索，已經(jīng)成為利用區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理的重要挑戰(zhàn)。

2、由于鏈上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)具有資源有限、公開(kāi)可見(jiàn)、可溯源的特點(diǎn)，鏈上數(shù)據(jù)檢索面臨著三大難題，即如何實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)檢索、如何提高檢索過(guò)程中的隱私保護(hù)與提高檢索結(jié)果的準(zhǔn)確度，為溯源過(guò)程提供有力支撐?，F(xiàn)有的鏈上數(shù)據(jù)檢索研究大多數(shù)以融入更合適的索引結(jié)構(gòu)，提高檢索性能為目標(biāo)，犧牲檢索功能的多樣性。還有部分研究旨在提供檢索結(jié)果的可驗(yàn)證性，例如設(shè)計(jì)基于加密技術(shù)或結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)指紋和可信執(zhí)行環(huán)境等技術(shù)的可驗(yàn)證數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(ads)。然而，對(duì)于鏈上數(shù)據(jù)的近似最近鄰檢索研究相對(duì)較少，已有的研究無(wú)法滿(mǎn)足隱私保護(hù)需求，這是無(wú)法接受的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為此，本發(fā)明提供一種基于局部敏感哈希的鏈上近似最近鄰數(shù)據(jù)隱私檢索方法及系統(tǒng)，將隱私保護(hù)的近似最近鄰檢索應(yīng)用于區(qū)塊鏈環(huán)境，在保證隱私保護(hù)的前提下，實(shí)現(xiàn)高效、安全、準(zhǔn)確的鏈上數(shù)據(jù)檢索，為鏈上數(shù)據(jù)管理提供更多的可能性。

2、按照本發(fā)明所提供的設(shè)計(jì)方案，一方面，提供一種基于局部敏感哈希的鏈上近似最近鄰數(shù)據(jù)隱私檢索方法，包含：

3、數(shù)據(jù)管理節(jié)點(diǎn)從鏈上獲取數(shù)據(jù)并利用局部敏感哈希為鏈上數(shù)據(jù)構(gòu)建哈希表，依據(jù)訪問(wèn)控制策略并使用屬性基加密將哈希表加密為密文并將密文存儲(chǔ)上鏈；

4、在滿(mǎn)足訪問(wèn)控制策略的情形下獲取密文，并針對(duì)檢索向量利用智能合約進(jìn)行鏈上數(shù)據(jù)檢索，以獲取與檢索向量最相似的鏈上數(shù)據(jù)。

5、作為本發(fā)明基于局部敏感哈希的鏈上近似最近鄰數(shù)據(jù)隱私檢索方法，進(jìn)一步地，還包含：可信授權(quán)節(jié)點(diǎn)為數(shù)據(jù)管理節(jié)點(diǎn)分發(fā)用于對(duì)哈希表進(jìn)行加解密的主密鑰和公鑰，并根據(jù)數(shù)據(jù)檢索節(jié)點(diǎn)屬性為數(shù)據(jù)檢索節(jié)點(diǎn)分發(fā)對(duì)應(yīng)加解密私鑰。

6、作為本發(fā)明基于局部敏感哈希的鏈上近似最近鄰數(shù)據(jù)隱私檢索方法，進(jìn)一步地，數(shù)據(jù)管理節(jié)點(diǎn)從鏈上獲取數(shù)據(jù)并利用局部敏感哈希為鏈上數(shù)據(jù)構(gòu)建哈希表，包含：

7、數(shù)據(jù)管理節(jié)點(diǎn)從鏈上獲取數(shù)據(jù)；

8、根據(jù)向量間距離設(shè)置局部敏感哈希函數(shù)族，所述局部敏感哈希函數(shù)族由多個(gè)哈希函數(shù)構(gòu)成；

9、將鏈上數(shù)據(jù)通過(guò)哈希函數(shù)映射到哈希表中，所述每個(gè)哈希函數(shù)對(duì)應(yīng)一個(gè)哈希表。

10、作為本發(fā)明基于局部敏感哈希的鏈上近似最近鄰數(shù)據(jù)隱私檢索方法，進(jìn)一步地，依據(jù)訪問(wèn)控制策略并使用屬性基加密將哈希表加密為密文并將密文存儲(chǔ)上鏈，包含：

11、依據(jù)用戶(hù)屬性設(shè)置訪問(wèn)控制策略，所述訪問(wèn)控制策略對(duì)指定屬性的用戶(hù)給予哈希表的解密權(quán)限；

12、基于訪問(wèn)控制策略并使用屬性基加密算法將哈希表加密為密文，使密文中嵌有訪問(wèn)控制策略，并將密文上鏈存儲(chǔ)。

13、作為本發(fā)明基于局部敏感哈希的鏈上近似最近鄰數(shù)據(jù)隱私檢索方法，進(jìn)一步地，在滿(mǎn)足訪問(wèn)控制策略的情形下獲取密文，包含：

14、將數(shù)據(jù)檢索節(jié)點(diǎn)的用戶(hù)屬性與訪問(wèn)控制策略進(jìn)行匹配；

15、若匹配成功，則允許數(shù)據(jù)檢索節(jié)點(diǎn)用戶(hù)從鏈上獲取密文，否則，禁止數(shù)據(jù)檢索節(jié)點(diǎn)用戶(hù)從鏈上獲取密文。

16、作為本發(fā)明基于局部敏感哈希的鏈上近似最近鄰數(shù)據(jù)隱私檢索方法，進(jìn)一步地，針對(duì)檢索向量利用智能合約進(jìn)行鏈上數(shù)據(jù)檢索，包含：

17、對(duì)密文進(jìn)行解密，得到哈希表，從每個(gè)哈希表中檢索得到相應(yīng)鏈上數(shù)據(jù)候選集；

18、使用多探針局部敏感哈希技術(shù)將檢索向量擴(kuò)展為指定個(gè)數(shù)的哈希值；

19、將哈希表進(jìn)行分區(qū)，并構(gòu)建分布式點(diǎn)函數(shù)，利用分布式點(diǎn)函數(shù)為每個(gè)分區(qū)生成共享密鑰；

20、利用預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)檢索智能合約獲取哈希表中不同半徑下第一個(gè)非空哈希桶并將哈希桶中數(shù)據(jù)作為發(fā)生哈希碰撞的檢索結(jié)果，依據(jù)檢索結(jié)果生成共享份額，以使用分布式點(diǎn)函數(shù)對(duì)共享份額進(jìn)行恢復(fù)并獲取最近鄰向量。

21、作為本發(fā)明基于局部敏感哈希的鏈上近似最近鄰數(shù)據(jù)隱私檢索方法，進(jìn)一步地，依據(jù)檢索結(jié)果生成共享份額，包含：

22、將發(fā)生哈希碰撞的數(shù)據(jù)向量組合；

23、使用遺忘屏蔽技術(shù)保留組合數(shù)據(jù)向量首個(gè)數(shù)據(jù)向量的id、將剩余數(shù)據(jù)向量的id作為指定隱私數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)處理，所述保護(hù)處理為利用隨機(jī)元素對(duì)指定隱私數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

24、再一方面，本發(fā)明還提供一種基于局部敏感哈希的鏈上近似最近鄰數(shù)據(jù)隱私檢索系統(tǒng)，包含：初始設(shè)置模塊和檢索實(shí)施模塊，其中，

25、初始設(shè)置模塊，用于數(shù)據(jù)管理節(jié)點(diǎn)從鏈上獲取數(shù)據(jù)并利用局部敏感哈希為鏈上數(shù)據(jù)構(gòu)建哈希表，依據(jù)訪問(wèn)控制策略并使用屬性基加密將哈希表加密為密文并將密文存儲(chǔ)上鏈；

26、檢索實(shí)施模塊，用于在滿(mǎn)足訪問(wèn)控制策略的情形下獲取密文，并針對(duì)檢索向量利用智能合約進(jìn)行鏈上數(shù)據(jù)檢索，以獲取與檢索向量最相似的鏈上數(shù)據(jù)。

27、本發(fā)明的有益效果：

28、本發(fā)明使用局部敏感哈希技術(shù)和分布式點(diǎn)函數(shù)，將私有信息檢索思想與局部敏感哈希結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)鏈上數(shù)據(jù)的近似最近鄰檢索，為鏈上數(shù)據(jù)管理的多樣性提供可行性；在檢索過(guò)程中使用屬性加密、遺忘屏蔽等多種隱私保護(hù)技術(shù)，兼顧鏈上數(shù)據(jù)近似最近鄰檢索的效率問(wèn)題與隱私問(wèn)題。并在hyperledger?fabric聯(lián)盟鏈中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將本案方案與兩種近似最近鄰檢索方法進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本案方案檢索時(shí)間分別降低57％與59.2％，召回率分別提升4.5％與2％，初始化時(shí)間分別減少34倍和122倍，并與使用同態(tài)加密的近似最近鄰隱私檢索方法進(jìn)行性能對(duì)比，結(jié)果表明，本案方案能夠?qū)z索時(shí)間降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，能夠兼顧檢索效率和隱私保護(hù)，可以實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確、安全的鏈上數(shù)據(jù)近似最近鄰隱私檢索，在區(qū)塊鏈平臺(tái)的數(shù)據(jù)檢索領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。