基于倒排索引的可搜索加密数据共享方案

doi:10.3778/j.issn.1002-8331.2201-0159

摘要/Abstract

摘要： 针对当前医疗数据共享难、数据被攻击、密文搜索效率低的问题，提出了一种基于倒排索引的可搜索加密数据共享方案。采用基于私有链和联盟链的双链结构存储数据并实现数据共享；设计了一种新型倒排索引结构，防止敏感数据被攻击；提出了一种基于新型倒排索引结构的密文搜索算法，利用可搜索加密技术将陷门信息提交至倒排索引结构中实现密文搜索。实验表明，所提出的方案可以有效保证数据安全，提高搜索效率。

关键词: 区块链, 医疗数据共享, 倒排索引, 可搜索加密

Abstract: For the problems such as unreliable data sharing, data attacked and low efficient of retrieval ciphertext, this paper proposes a searchable encrypted data sharing scheme based on inverted index. Firstly, the double chain structure based on private blockchain and consortium blockchain is adopted to store data and share data. Secondly, a new inverted index structure is designed to prevent the sensitive data from being attacked. Finally, a ciphertext search algorithm based on the new index structure is proposed, which uses the searchable encryption technology and submits the trapdoor to inverted index structure, to realize ciphertext retrieval. The experimental results show that the proposed scheme can guarantee data security and improve retrieval efficiency.

Key words: blockchain, medical data sharing, inverted index, searchable encryption

刘炜, 白晓丹, 佘维, 宋轩, 田钊. 基于倒排索引的可搜索加密数据共享方案[J]. 计算机工程与应用, 2023, 59(10): 270-279.

LIU Wei, BAI Xiaodan, SHE Wei, SONG Xuan, TIAN Zhao. Searchable Encrypted Data Sharing Scheme Based on Inverted Index[J]. Computer Engineering and Applications, 2023, 59(10): 270-279.

参考文献

[1] WANG K.A survey risks of big data privacy[C]//2017 International Conference on Applications and Techniques in Cyber Security and Intelligence.Cham：Edizioni della Normale，2017：161-167.
[2] ZHOU L，FU A，MU Y，et al.Multicopy provable data possession scheme supporting data dynamics for cloud-based electronic medical record system[J].Information Sciences，2021，545：254-276.
[3] NIU S，LIU W，HAN S，et al.A data-sharing scheme that supports multi-keyword search for electronic medical records[J].PLoS One，2021，16（1）：e0244979.
[4] LU X F，FU S B.Trusted data access control scheme based on attribute encryption and block chain[J].Information Network Security，2021，21（3）：7-14.
[5] LIANG W，FAN Y，LI K C，et al.Secure data storage and recovery in industrial block chain network environments[J].IEEE Transactions on Industrial Informatics，2020，16（10）：6543-6552.
[6] 祝烈煌，高峰，沈蒙，等.区块链隐私保护研究综述[J].计算机研究与发展，2017，54（10）：2170-2186.
ZHU L H，GAO F，SHEN M，et al.Review on block chain privacy protection[J].Journal of Computer Research and Development，2017，54（10）：2170-2186.
[7] 贺智明，徐亿达.区块链与可搜索加密结合的电子病历共享方案[J].计算机工程与应用，2021，57（21）：140-147.
HE Z M，XU Y D.Electronic medical record sharing scheme combining block chain and searchable encryption[J].Computer Engineering and Applications，2021，57（21）：140-147.
[8] FAN K，WANG S，REN Y.Medical block：efficient and secure medical data sharing via block chain[J].Journal of Medical Systems，2018，42（8）：1-11.
[9] 刘扬，胡学先，周刚，等.基于多层次区块链的医疗数据共享模型[J].计算机应用研究，2022，39（5）：1307-1312.
LIU Y，HU X X，ZHOU G，et al.Multi-level blockchain-based model for medical data sharing[J].Application Research of Computers，2022，39（5）：1307-1312.
[10] XIA Q I，SIFAH E B，ASAMOAH K O，et al.Med-Share：trust-less medical data sharing among cloud service providers via block chain[J].IEEE Access，2017，5：14757-14767.
[11] 牛淑芬，刘文科，陈俐霞，等.基于联盟链的可搜索加密电子病历数据共享方案[J].通信学报，2020，41（8）：204-214.
NIU S F，LIU W K，CHEN L X，et al.Searchable and encrypted electronic medical record data sharing scheme based on alliance chain[J].Journal of Communications，2020，41（8）：204-214.
[12] YAZDEEN A A，ZEEBAREE S R M，SADEEPM M.FPGA implementations for data encryption and decryption via concurrent and parallel computation：a review[J].Qubahan Academic Journal，2021，1（2）：8-16.
[13] 高梦婕，王化群.基于区块链的可搜索医疗数据共享方案[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2019，39（6）：94-103.
GAO M J，WANG H Q.A searchable medical data sharing scheme based on blockchain[J].Journal of Nanjing University of Posts and Telecommunications（Natural Science Edition），2019，39（6）：94-103.
[14] 刘格昌，李强.基于可搜索加密的区块链数据隐私保护机制[J].计算机应用，2019，39（S2）：140-146.
LIU G C，LI Q.Block chain data privacy protection mechanism based on searchable encryption[J].Journal of Computer Applications，2019，39（S2）：140-146.
[15] SONG D X，WANGER D，PERRIG A，et al.Practical techniques for searches on encrypted data[C]//Proceeding of the 2000 IEEE Symposium on Security and Privacy，Berkeley，2000：44-55.
[16] BONEH D，DI CRESCENZO G，OSTROVSKY R，et al.Public key encryption with keyword search[C]//Advances in Cryptology，2004 International Conference on the Theory and Applications of Cryptographic Techniques.Berlin，Heidelberg：Springer，2004：506-522.
[17] 杜瑞忠，李明月，田俊峰，等.基于倒排索引的可验证混淆关键字密文搜索方案[J].软件学报，2019，30（8）：2362-2374.
DU R Z，LI M Y，TIAN J F，et al.A ciphertext retrieval scheme for verifiable obtrusive keywords based on inverted index[J].Journal of Software，2019，30（8）：2362-2374.
[18] 杜瑞忠，王一，田俊峰.一种支持动态可验证的密文检索方案[J].西安电子科技大学学报（自然科学版），2022，49（1）：35-46.
DU R Z，WANG Y，TIAN J F.Support dynamic and verifiable scheme for ciphertext retrieval[J].Journal of Xidian University（Natural Science），2022，49（1）：35-46.
[19] CURTMOLA R，GARAY J，KAMARA S，et al.Searchable symmetric encryption：improved definitions and efficient constructions[J].Journal of Computer Security，2011，19（5）：895-934.
[20] JIANG X，YU J，YAN J，et al.Enabling efficient and verifiable multi-keyword ranked search over encrypted cloud data[J].Information Sciences，2017，403（3）：22-41.
[21] 李经纬，贾春福，刘哲理，等.可搜索加密技术研究综述[J].软件学报，2015，26（1）：109-128.
LI J W，JIA C F，LIU Z L，et al.A survey of searchable encryption technology research[J].Journal of Software，2015，26（1）：109-128.
[22] ANDROULAKI E，BARGER A，BORTNIKOV V，et al.Hyperledger fabric：a distributed operating system for permissioned block chains[C]//Proceedings of the 13th EuroSys Conference，Porto，Apr 23-26，2018.New York：ACM，2018.
[23] GAO F.Data encryption algorithm for e-commerce platform based on block chain technology[J].Discrete & Continuous Dynamical Systems，2019，12（4/5）：1457-1463.
[24] 李双，徐茂智.基于属性的可搜索加密方案[J].计算机学报，2014，37（5）：1017-1024.
LI S，XU M Z.Attribute-based searchable encryption scheme[J].Chinese Journal of Computers，2014，37（5）：1017-1024.
[25] 李志单.云存储中基于属性加密的数据访问控制和隐私保护研究[D].北京：北京邮电大学，2020.
LI Z D.Research on data access control and privacy protection based on attribute encryption in cloud storage[D].Beijing：Beijing University of Posts and Telecommunications，2020.
[26] WU Z Q，LI K L，ZHENG H.Efficient and scalable architecture for searchable symmetric encryption[J].Journal on Communications，2017，38（8）：79-93.
[27] ZHANG R，XUE R，YU T，et al.PVSAE：a public verifiable searchable encryption service framework for outsourced encrypted data[C]//2016 IEEE International Conference on Web Services，2016：428-435.
[28] BAO F，DENG R H，DING X H，et al.Private query on encrypted data in multi-user setting[C]//Proceedings of the 4th International Conference on Information Security and Experience，Sydney，2008：71-85.