[发明专利]一种基于后缀树的可搜索加密系统及方法

权利要求书

1.一种基于后缀树的可搜索加密系统，采用两方实体方案，即客户端与服务器端，其特征在于：包括初始化模块、安全索引构建模块、子字符串搜索模块及验证解密模块；

所述初始化模块用于构建加密密钥和后缀树；

构建加密密钥：由客户端运行，初始化客户端的公私钥及加密所需的密钥；

所述安全索引构建模块用于构建索引以及索引加密；

构建索引：由客户端运行，将待搜索数据构建成后缀树并生成后缀树的索引信息，包括字典结构，密文结构和叶子数组结构；

索引加密：运行于客户端，负责对关键字索引即字典结构、密文数组结构和叶子数组结构进行加密操作，并将加密后的安全索引，包括密文，上传至云服务器，由云服务器进行存储；

所述子字符串搜索模块用于构建搜索令牌和搜索；

构建搜索令牌：运行于客户端，负责对搜索请求计算搜索令牌；

搜索：运行于客户端和服务器端，客户端发送搜索令牌，服务器根据令牌搜索加密的安全索引，并将搜索后的结果返回给客户端；

所述验证解密模块用于解密和验证；

解密：运行于客户端，客户端收到返回的结果后，用自己的私钥对返回的结果进行解密，获取搜索结果明文；

验证：运行于客户端，对解密后的明文进行验证，如果某步验证不通过，则丢弃此明文。

2.一种基于后缀树的可搜索加密方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、根据安全参数λ，输出用户的对称密钥K；

随机选择7个比特串K_D，K_C，K_L，K₁，K₂，K₃，其中，K_D为字典结构D的加密密钥，K_C为密文数组C的密钥，K_L为叶子数组结构L的密钥，K₁，K₂用于处理字典结构D入口值和对应后缀树节点u的第i个孩子节点child(u，j)的值，以及用于计算搜索令牌Tok＝T₁、...、T_m，K₃，K₄分别用来对待搜索字符串下标数ind，...，ind+m-1以及叶子的位置leftleaf，...，leftleaf+num-1进行伪随机置换；最后，输出K＝(K_D，K_C，K_L，K₁，K₂，K₃，K₄)作为用户的密钥，保证每个密钥各不相同；

步骤2、客户端对给定数据构建后缀树T_s；利用UKK算法将给定的字符串s构建成后缀树；

步骤3、客户端根据后缀树T_s建立安全索引CT并上传至服务器，其中CT由字典结构D、密文数组C和叶子数组L组成，表示为CT＝(D，C，L)；

所述字典结构D对后缀树T_s的每一个节点u建立一条包括key和value的条目，表示为D＝(key，value)，其中，key存储搜索的入口，键值value由搜索结构和待返回的密文结构组成；找到搜索入口，即能返回对应的value，用户进行解密操作；所述字典结构D采用进行构造，为后缀树的根节点到节点u的父亲节点上所有边上的字符串的连接，再加上节点u的父亲节点到它本身边上的第一个字符ω；

客户端与服务器之间的交互搜索如下：

步骤4、在用户搜索时，选取待搜索字符串p＝p₁，...p_m∈∑^s.len，其中，s.len为待搜索字符串长度，并计算搜索令牌上传至服务器；

步骤5、服务器接收到搜索令牌Tok后，先找到字典结构的初始入口，即根节点u₀的字典项D(F(K₁，∈))，其中，∈表示空字符串；

步骤6、对于每个搜索令牌T_i′，使用伪随机函数f(i′)按搜索令牌顺序进行解密；

步骤7、用户运行解密操作，若解密失败，输出⊥并中止搜索协议，否则验证解密操作是否成立，若不成立，则输出⊥并中止搜索协议；否则，用户发送随机序列(x₁，...x_m)给服务器；

步骤8、服务器根据(x₁，...x_m)搜索密文数组C，令C_i″＝C[x_i′]i″＝1，...，m，并发送(C₁，...C_m)给用户；

步骤9、客户端执行循环执行步骤7m次，i″初始值为1，每执行一次，i″增加1，当i″＞m时，终止协议；

若Y＝⊥，输出⊥并中止查询协议，否则，使搜索结果为(p_i′，j″)，若j″≠ind+i″-1，输出⊥；当j″＝ind+i″-1时，如果p′₁，…，p′_m≠p，用户输出Φ作为答案然后结束协议；如果p′₁，...，p′_m＝p，i″＝1，...，num，用户选择随机序列π₂：[num]→[num]，使用户发送随机序列(y₁，...y_num)给服务器；

步骤10、如果i″＝m，跳转到步骤8，否则，将i″加1，跳转到步骤7；

步骤11、服务器端设置L_i″＝L[y_i″]，i″＝1，...，num，并将(L₁，...L_num)发送给客户端；

步骤12、客户端执行i＝1，...，num，i″初始值为1，循环执行步骤12num次，当i″＞num时终止搜索；

如果搜索结果为⊥，客户端输出⊥作为答案；

如果搜索结果为(a_i″，j″)，且j″≠leftleaf+i″-1，则客户端输出⊥作为答案，如果j″＝leftleaf+i″-1，则客户端输出A＝{a₁，...a_num}作为答案。