一种基于不经意传输协议的安全多方数据排序方法

本发明涉及计算机科学与，尤其涉及一种基于不经意传输协议的安全多方数据排序方法。

背景技术：

1、随着大数据的快速发展，个人的数据量也不断激增。数以亿万计的数据为基于大数据的商业应用提供了重要的支撑，同时也引发了大量的数据安全问题。为了保护数据的安全和隐私，安全多方计算技术(securemultipartycomputation,smc)得到了广泛的应用。安全多方计算是指分别拥有隐私数据x1,x2,…,xn的n个实体共同参与计算函数f(x1,x2,…,xn)的输出，计算完成之后，每个参与者除了得到f(x1,x2,…,xn)的输出之外，得不到其他任何关于隐私数据x1,x2,…,xn的信息。安全多方计算是一种交互式协议，用于计算参与方之间的某些功能。根据参与方的不同，安全多方计算可以分为两方计算和多方计算。比如，隐私集合求交、隐私信息的检索、秘密共享以及安全多方多数据排序。其中，安全多方多数据排序是安全多方计算中的最重要的功能需求之一。对于一个数据序列a，排序是指将a中的所有数据按照从小到大的顺序排成一个序列，进而确定a中所有数据x在整个序列中的位置。公开数据的排序算法目前已经发展得非常成熟了，然而，对私有数据得排序目前仍在发展当中，相关成果和研究较少。

2、1983年，ajtai等人[16]提出了一种渐近运算时间排序网络，称为aks排序网络，它支持多个数据的排序，比较复杂度为o(m·logm)，其中，m是输入份额的数目。然而，由于该算法的常数因子很高，因此并不实用。goodrich[17]提出的支持多数据排序的不经意排序，被调用的shell排序.类似于排序网络，数据-不经意排序也被有效地应用于smc协议.虽然随机shell排序返回一个高概率的正确输出，但它需要o(m)轮交互和o(mlogm)比较，这将显著增加通信和计算开销.同时,广告信息可能会在多个交叉口被泄露。在2020年，li等人[18]设计了一种安全的多方多数据排序方案。在它们的协议中，所有的参与者都应该构造一个n×m密文矩阵，其中，n是数据域，m是参与者的数目。协议o(n·m)的通信开销对参与者来说是相当繁重的。

3、除了理论研究外，相关研究人员还对smc的性能进行了评估。wang等人[1]对一些已有的排序算法的实验结果发表了报告，它们的实现基于fairplaysmc系统[2]。batcher的归并排序[3]和随机希尔排序[4]在256个输入值下的运行时间分别约为3000和6200秒。jonsson等人[5]研究了一种隐藏排序协议输入值数目的通用技术。它们的实现采用了一种称为矢量化的技术进行了优化，并在210秒内实现了向矢量化的batcher归并排序中心16384个秘密共享值。除了效率低下的特点外，上述这些方案存在的另一个问题是安全性较差，即，只有数据拥有者的身份是混淆的，数据本身的隐私并没有得到保护。

4、综合以上分析，设计出高效的、隐私保护的多方多数据排序方案是十分有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是要提供一种基于不经意传输协议的安全多方数据排序方法。并基于该算法和改进的k-out-of-n不经意传输协议设计了高效的隐私保护的多方多数据排序方案。

2、为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

3、本发明包括以下步骤：

4、s1：初始化：各参与方在离线阶段生成系统参数；

5、s2：排序请求生成：各参与方执行隐私保护的多方排序生成排序请求；

6、s3：加密多项式聚合：云服务器收到来自各参与方的排序请求，执行加密多项式的聚合；

7、s4：排序结果恢复：参与方收到来自云服务器的密文，恢复参与方的私有数据集相对应的排序结果。

8、本发明的有益效果是：

9、本发明是一种基于不经意传输协议的安全多方数据排序方法，与现有技术相比，本发明设计了一种基于多项式的编码方法。这种编码算法可以将一个数据集编码成一个多项式，具体来讲，多项式的每个项的指数部分表示数据本身，而该项的系数则表示数据出现的个数。因此，多个数据集可以通过相应的多项式加法实现对不同数据集的排序。

10、根据所设计的基于多项式的编码方法，提出了一种保护隐私的多方多数据排序方案。每个参与者都可以以隐私保护的方式得到其数据的排序后果，即，每个参与方的数据以及对应的排序结果无法被其他实体得到，同时，用户的恶意行为也可以被检测到。

11、各参与方的数据及相应的排序结果不受其他各方的保护。此外，可以检测到任何参与者的恶意行为。该方案实现了有效的通信。以及计算。在沟通方面，每个只发送一个三元组信息给云服务器，它的成本非常小-传输带宽。在计算中方面，每个方面参与者只执行轻量级计算，例如，多项式构造与异或运算。

技术特征：

1.一种基于不经意传输协议的安全多方数据排序方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于不经意传输协议的安全多方数据排序方法，其特征在于：所述步骤s1具体包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的基于不经意传输协议的安全多方数据排序方法，其特征在于：所述步骤s2具体包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的基于不经意传输协议的安全多方数据排序方法，其特征在于：所述步骤s3具体包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的基于不经意传输协议的安全多方数据排序方法，其特征在于：所述步骤s4具体包括以下步骤：

6.根据权利要求3所述的基于不经意传输协议的安全多方数据排序方法，其特征在于：所述基本编码算法为：以一个大小为k的数据集d为输入，输出是一个n阶多项式p，目的是将数据集d中的k个数据映射到n阶多项式p中，其中，n为数据集d中数据的取值范围上限；具体算法细节如下：

7.根据权利要求3所述的基于不经意传输协议的安全多方数据排序方法，其特征在于：所述多项式加密算法为：多项式表示为一个三元组(r,n,v),r是多项式基数,n是多项式的阶数，v是系数向量，对于一个多项式，r和n通常是公开的参数，因此，通过对多项式p系数向量进行加密来实现对多项式的加密；

8.根据权利要求3所述的基于不经意传输协议的安全多方数据排序方法，其特征在于：所述解密多项式生成算法为：以加密多项式ep为输入，排序多项式生成算法将会输出加密的排序多项式esp；为了对加密的排序多项式esp进行解密，解密多项式生成算法根据多项式p的系数向量v和加密多项式的系数向量ev生成解密多项式dp，具体过程如下：

9.根据权利要求8所述的基于不经意传输协议的安全多方数据排序方法，其特征在于：所述排序多项式生成算法为：当把数据集d编码到多项式排序多项式生成算法根据p进一步生成相对应的排序多项式sp，在排序多项式中，第i阶的项ri的系数即为数据i的排序结果，同时，以多项式p的密文ep为输入，排序多项式算法可以根据ep进一步生成加密的排序多项式esp，排序多项式生成算法具体过程如下：

技术总结
本发明公开了一种基于不经意传输协议的安全多方数据排序方法，首先，各参与方在离线阶段生成系统参数；其次，各参与方执行隐私保护的多方排序生成排序请求；而后，云服务器收到来自各参与方的排序请求，执行加密多项式的聚合；最后，参与方收到来自云服务器的密文，恢复参与方的私有数据集相对应的排序结果。本发明编码算法可以将一个数据集编码成一个多项式，实现对不同数据集的排序。根据编码方法提出了保护隐私的多方多数据排序方案。每个参与者都可以以隐私保护的方式得到其数据的排序后果，各参与方的数据及相应的排序结果不受其他各方的保护，实现了有效的通信以及计算。

技术研发人员：李雄,商帅,王保锦,易珂来,汪小芬,杨浩淼,张小松
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13