[发明专利]一种基于云计算隐私保护的空间关键词搜索方法

说明书

随着云计算技术的飞速发展，越来越多的企业、政府、以及用户将收集的空间数据外包至云服务器，以享受云服务器可扩展、便捷、高效等优势。然而，云服务器并不是可信的实体，它会窃取存储于其中的空间数据敏感信息，从而造成用户隐私泄露。如果用户采用传统的加密机制保护数据隐私，会极大地降低数据的可用性和数据的搜索效率。另外，大部分研究仅仅关注了基于空间位置的搜索或者是基于位置关键词的搜索，而没有考虑基于空间关键词搜索的问题。因此，为了解决以上问题，本专利提出一种基于云计算隐私保护的空间关键词搜索方法。一方面，本专利设计了一种基于多项式拟合技术支持任意多边形的几何范围查询方法，该方法能够为用户生成任意多边形，以覆盖用户期望获得的空间数据。另一方面，本专利提出了一种基于访问控制的多维空间关键词搜索方法。特别地，本专利基于角色多项式函数设计了一种轻量级的访问控制策略，并将访问策略嵌入到空间关键词的索引与陷门中，实现高效且细粒度的访问控制。本专利能够保护数据拥有者和数据使用者的隐私，且实现了高效的空间关键词搜索。

技术领域

本发明涉及空间关键词搜索、访问控制、几何范围查询领域，特别是涉及基于云计算隐私保护的空间关键词搜索方法。

背景技术

随着云计算的飞速发展，越来越多的企业、政府、用户将空间数据外包至云服务器，以享受云服务器带来的经济利益和计算优势。但是，云服务器不完全可信，数据外包存储于云服务器中可能会带来隐私泄露和数据安全问题。如果数据拥有者和数据使用者按照传统的加密方式加密空间数据，并外包密文数据至云服务器，这将极大地影响数据搜索效率，降低数据的可用性，比如空间数据搜索。空间数据搜索是一种较为普遍且非常重要的一种基于位置服务的应用。空间数据搜索旨在对给定的查询范围中找到相关的基于关键词的空间数据，它在现实生活中得到了极大地应用推广，如基于位置服务(Location basedServices，LBS)、车联网、智能共享汽车服务等。然而，空间关键词搜索需要充足的存储空间和高效的计算能力。因此，数据拥有者会将收集的空间数据外包至云服务器中，以享受云服务器带来的便利。相应的，数据使用者为了获得期望中的空间数据(如附近符合口味的餐馆、最近的加油站、最相邻的朋友等)，他会向云服务器提交基于空间关键词的查询请求。云服务器收到用户的查询请求后，在存储的空间数据中进行搜索，并返回相应的空间数据。

不幸的是，在许多基于云辅助的服务应用中，云服务器会出于利益驱使，窃取存储于其中的空间数据敏感信息，并分析用户提交的查询请求，从而导致数据拥有者和数据使用者的隐私泄露。因此，数据的机密性，包括外包存储于云服务器中的空间数据以及发送的查询请求，应该加以保护。然而，传统的加密机制限制了空间数据的可用性，如空间关键词搜索。一般而言，数据拥有者收集了大量的空间数据，且这些空间数据往往都是高维数据。空间数据的高维体现在数据包含多个属性，如二维的位置坐标和多维的关键词向量。其中，关键词向量表示空间数据的特征，如酒店的评分、价格、舒适度、便捷度等。

给定数据使用者的基于空间关键词的查询请求，云服务器执行空间关键词搜索，并返回与查询请求相似的查询结果。然而，现实中空间数据规模呈现指数级增长，且数据维度呈现线性增加的趋势。因此，如何在大规模高维空间数据中进行高效且安全的空间关键词相似性搜索成为了极具挑战的问题。与此同时，由于空间数据中包含一些秘密位置，如军事基地、军用机场、特长隧道等。这些秘密空间数据往往只能够被一些特定且具备访问权限的用户访问。未授权或者未认证的用户一旦获得秘密空间数据，将会带来严重的数据安全事故。更有甚者，可能会危害国家的安全。因此，在进行空间关键词搜索时，空间数据的隐私保护和访问控制同样需要得到重视。