本文關(guān)鍵詞：安全兩方計算關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究

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【摘要】：在如今的大數(shù)據(jù)時代,數(shù)據(jù)分析與挖掘已經(jīng)成為從海量數(shù)據(jù)中提取出有用信息的一種必要技術(shù)手段。然而,目前存在的一個障礙是數(shù)據(jù)分析者可能并不完全擁有數(shù)據(jù),甚至數(shù)據(jù)完全不在數(shù)據(jù)分析者手中。而將己方的私有信息透漏給不可信的第三方,由第三方對集中數(shù)據(jù)集進行分析與挖掘又會對數(shù)據(jù)持有者的利益造成不可預(yù)知的損害。這就會大幅度降低合作計算的可能性。幸運的是,安全多方計算技術(shù)的出現(xiàn)使得彌合上述看似矛盾的事實成為可能。其目的在于能夠讓互相不信任的各個參與方在均不泄露本身私有信息的前提下,通過合作計算來完成對整體數(shù)據(jù)集的分析與挖掘,以得到更精確的分析結(jié)果,從而實現(xiàn)共贏。安全兩方計算是安全計算領(lǐng)域里的核心內(nèi)容。它不僅可以直接應(yīng)用于實際生活中,同時也是構(gòu)建多方協(xié)議的基礎(chǔ)。然而,到目前為止,很多安全兩方計算中的關(guān)鍵問題尚未得到很好的解決,這也直接導(dǎo)致了很多數(shù)據(jù)分析與挖掘算法難以實現(xiàn)隱私化的目標(biāo)。本文針對安全兩方計算中第k小值查詢這一關(guān)鍵問題進行深入研究,衍生出三個基本理論問題。并結(jié)合這些理論問題的解決方案,實現(xiàn)出三個可實際應(yīng)用的隱私保護系統(tǒng)。本文的主要創(chuàng)新點列舉如下： 1.基于安全第k小值查詢這一核心問題,我們衍生出三個基礎(chǔ)問題,分別為安全靜態(tài)k-近鄰查詢問題、安全動態(tài)k-近鄰查詢問題以及安全McAfee選擇問題,并給出這些問題的形式化定義。 2.基于給出的安全靜態(tài)k-近鄰查詢問題的解決方案,我們設(shè)計了一個完整的隱私保護協(xié)同Web服務(wù)質(zhì)量預(yù)測框架,這個框架可以有效消除個性化推薦與用戶隱私信息泄露之間的矛盾性。我們通過結(jié)合同態(tài)加密以及Yao協(xié)議來完成Zheng等人所提出基礎(chǔ)方案中算法的隱私保護實現(xiàn)形式,這也使得我們所提框架的預(yù)測精確性可以完全與Zheng等人方法在不考慮任何隱私信息泄露情況下一致的推薦精確性。我們通過采用FasterGC框架來實現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量預(yù)測協(xié)議中諸多算法的優(yōu)化,使得所提出的隱私保護技術(shù)框架不僅僅具有理論意義,而且完全滿足在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用。 3.我們設(shè)計垂直數(shù)據(jù)分布下的第k小值查詢算法,該算法可以有效得出與查詢點與數(shù)據(jù)集其他點中第k小的距離分片,而且所需的通信復(fù)雜度僅為O(n)。再利用所得的分片值分別與置換后的距離序列中每個元素做比較,我們可以得到置換后的k近鄰集合,該集合的元素不會包含任何隱私信息。設(shè)計出協(xié)議來計算數(shù)據(jù)點中所有元素的k-distance值,并給出查找所有點o∈Nκ(p)的k-distance分片值的高效方法。該類問題也是動態(tài)k近鄰查詢的核心問題,而且到目前為止并沒有有效的解決方法。我們證明所設(shè)計的協(xié)議是在半誠實模型下是通用可組合安全的。同時還分析出,對于在具有n條數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)庫O上進行安全LOF查詢協(xié)議,所需的通信和計算開銷均為O(n2),相對于在不考慮安全情況下的分布式LOF算法運行所需的O(n2)的計算開銷以及O(n)的通信開銷來說,是完全可以被接受的。 4.基于Yao協(xié)議以及Batcher排序網(wǎng)絡(luò),我們設(shè)計出了一個安全McAfee選擇問題的高效解決方案。該方案的主要開銷是O(nlog2n)次的對稱加密操作,其在競拍者數(shù)量相對較小時運行效率很高。針對競拍者數(shù)量較多的情況,我們給出了一個更高效的安全McAfee選擇問題解決方案,該方案主要基于安全洗牌以及安全選擇,同時將主要開銷降低至O(n)次對稱加密操作。基于設(shè)計出的安全McAfee選擇問題解決方案,我們設(shè)計了關(guān)于McAfee拍賣機制以及TRUST這兩個拍賣方案的安全協(xié)議。我們形式化證明了所提協(xié)議滿足半誠實模型下安全性定義標(biāo)準(zhǔn),并且分析了計算及通信復(fù)雜度。另外,我們在FasterGC的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了所提協(xié)議的系統(tǒng),并通過衡量實際運行時間來確保所提方案的高效性。
【關(guān)鍵詞】：安全兩方計算 隱私保護 數(shù)據(jù)挖掘 頻譜拍賣 安全k-近鄰查詢 Yao協(xié)議
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP311.13;TP309
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 目錄9-12
• 表格索引12-13
• 插圖索引13-15
• 算法索引15-16
• 第一章 緒論16-22
• 1.1 研究背景與意義16-18
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 本文研究內(nèi)容與組織結(jié)構(gòu)19-21
• 1.4 本章小結(jié)21-22
• 第二章 基礎(chǔ)知識22-34
• 2.1 通用協(xié)議22-30
• 2.1.1 茫然傳送22-23
• 2.1.2 Yao協(xié)議23-25
• 2.1.3 電路構(gòu)建25-30
• 2.2 數(shù)據(jù)分布30
• 2.3 基礎(chǔ)協(xié)議與相關(guān)概念30-33
• 2.3.1 加法同態(tài)加密系統(tǒng)30-32
• 2.3.2 加法秘密分享32
• 2.3.3 安全洗牌協(xié)議32-33
• 2.4 形式化安全與攻擊者模型33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第三章 安全k-近鄰查詢34-38
• 3.1 引言34
• 3.2 垂直數(shù)據(jù)分布下的安全kNN查詢34-35
• 3.3 水平數(shù)據(jù)分布下的安全kNN查詢35-36
• 3.4 安全kNN查詢問題形式化定義36-37
• 3.5 已有方案的局限性37
• 3.6 本章小結(jié)37-38
• 第四章 基于k-近鄰的隱私保護推薦系統(tǒng)38-60
• 4.1 引言38-39
• 4.2 協(xié)同Web服務(wù)質(zhì)量預(yù)測39-42
• 4.3 系統(tǒng)架構(gòu)42-45
• 4.3.1 實例43-45
• 4.4 隱私保護服務(wù)質(zhì)量評分值預(yù)測方法45-52
• 4.4.1 相似度值計算45-49
• 4.4.2 安全Top-K查詢49-50
• 4.4.3 服務(wù)質(zhì)量預(yù)測值計算50-52
• 4.5 安全性分析52-53
• 4.6 實驗53-58
• 4.6.1 復(fù)雜度分析53-56
• 4.6.2 運行時間56-58
• 4.7 相關(guān)工作58-59
• 4.8 本章小結(jié)59-60
• 第五章 基于k-近鄰的隱私保護數(shù)據(jù)挖掘60-76
• 5.1 引言60-62
• 5.2 問題形式化描述62-64
• 5.2.1 Yao協(xié)議的應(yīng)用62-63
• 5.2.2 安全性要求63-64
• 5.3 隱私保護LOF離群點檢測協(xié)議64-70
• 5.3.1 構(gòu)建距離矩陣64-65
• 5.3.2 安全k-NN查詢協(xié)議-動態(tài)65-66
• 5.3.3 查找所需的k距離值66-67
• 5.3.4 安全計算LOF得分值67-70
• 5.4 分析70-73
• 5.4.1 安全性分析70-72
• 5.4.2 計算與通信開銷分析72
• 5.4.3 擴展性分析72-73
• 5.5 實驗73-74
• 5.6 本章小節(jié)74-76
• 第六章 基于k-近鄰的安全雙邊拍賣76-94
• 6.1 引言76-78
• 6.2 相關(guān)工作78-79
• 6.3 問題陳述79-80
• 6.3.1 McAfee雙邊拍賣機制79
• 6.3.2 TRUST79-80
• 6.3.3 安全雙邊拍賣80
• 6.4 安全McAfee’s選擇80-86
• 6.4.1 數(shù)據(jù)外包80
• 6.4.2 利用排序決策最終交易價格80-82
• 6.4.3 利用選擇決策交易價格82-85
• 6.4.4 安全置換協(xié)議85-86
• 6.5 應(yīng)用86-87
• 6.5.1 McAfee機制86-87
• 6.5.2 TRUST87
• 6.6 分析87-90
• 6.6.1 計算復(fù)雜度分析87-88
• 6.6.2 安全性分析88-90
• 6.7 實驗90-91
• 6.8 本章小節(jié)91-94
• 第七章 總結(jié)94-96
• 參考文獻96-102
• 致謝102-104
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果104-106
• 參加的科研項目106

【共引文獻】

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本文編號：858438