(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211196732.3 (22)申请日 2022.09.28 (71)申请人 湖南大学 地址 410082 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路2号 (72)发明人 刘琴　唐子逸　 (74)专利代理 机构 长沙瀚顿知识产权代理事务 所(普通合伙) 43223 专利代理师 吴亮　朱敏 (51)Int.Cl. G06F 16/2458(2019.01) G06F 16/27(2019.01) G06F 16/22(2019.01) (54)发明名称 一种基于区块链的可验证关键词Top-K查询 方法 (57)摘要 本发明提供了基于区块链的可验证关键词 Top‑K非模糊查询以及模糊查询方法， 方案结合 RSA累加器、 倒排索引以及前缀树等相关技术来 构建ADS， 实现了对非模糊查询和模糊关键词的 排名搜索验证。 本发明框架可以使轻节点有效的 验证查询结果正确性， 且在搜索、 验证、 存储以及 更新操作的性能上表现出色， 具有很好的实用价 值。 权利要求书4页 说明书11页 附图2页 CN 115510126 A 2022.12.23 CN 115510126 A 1.一种基于区块链的可验证关键词Top ‑K非模糊查询方法， 其特征在于， 所述区块链包 括全节点和轻节点， 全节点为同步了所有区块链数据的节点， 包含块头和块体所有信息， 每 个块头包括一个ADS结构ADS1； 轻节点作为用户参与到区块链中， 轻节点只包含块头信息； 所述方法包括： 步骤S110： 全节点执行密钥生成算法Genkey(1k)→(pk， sk)和累计值生成算法 构建共识证明； Genkey(1λ)→(pk， sk)包括： λ∈[1， N]为安全参数， 给定RSA累加器参数N＝p ·q和g， 其 中p和q为大素数， |p ·q|＞3 λ， g是循环群 QRN的生成元， 输出公共参数pk＝{N， (g， QRN)}和私 钥sk＝(p‑1)(q‑1)； 包括： 根据所有数据D构建倒排索引， 其中每个关键词都 对应一系列对象， 所述对象按照时间由旧到新进行排序， 计算验证矩阵V[i][j]＝H(Obji， j， j)i∈[1， m]， j∈[1， n]， 其中i代表第i个关键词， j代表关键词中排序的第j个对象， H为抗碰 撞哈希函数， m为D中关键词总数， n为单个关键词所包含对象的总数， Obji， j为第i个关键词 的第j个对象， 当有数据更新时， 更新 其中， P为通用哈 希函数， P(x)∈{0， 1}3λ代表x对应的素数值， 之后， 统计每个关键词包含的对象个数， 计算 其中counti是第i个关键词目前所包含对象的总数， 此时 counti＝n， 最后使 将ΦI， ΦC和 作为ADS1添加到块头； 步骤S120： 轻节点向区块链里任意全节点发起非模糊查询请求， 所述非模糊查询请求 包括查询关键词w及Top ‑K查询结果数k到全节点； 步骤S130： 全节点收到所述非模糊查询请求后， 全节点执行查询算法Search(w， k) →R 获得结果R， 执行验证生成算法GenProof(w， k， pk) →VO计算验证对象VO， 并发送R和VO给轻 节点； Search(w， k)→R包括： 根据w， 将倒排索引中w对应的 由新到旧的前k个对象加入R； GenProof(w， k， pk) →VO包括： 计算 计算 其中， w是数据D倒排索引中的第r个关键词， countr为w目前所包含对象的总数， 步骤S140： 轻节点收到全节点返回的结果R和验证对象VO后， 执行验证算法Verify(w， k， R， VO， pk) →(1， 0)使用VO对R进行验证； Verify(w， k， R， VO， pk) →(1， 0)包括： 轻节点从块头获取ADS1值， 判断等式 是否成立， 如果不成立则返回0表示验证失败， 成立则继续 验证， 根据countr计算V[r][j]并判断等式 是否成 立， 如果不成立则返回0表示验证失败， 成立则返回1表示验证成功； 步骤S150： 有新块增加时， 全节点执行添加数据更新算法 更新区块链信息； 包括： 新对象Obj包含的关键词wi是需要更新信息关键词， i∈add， add为数据D中所有需更新信息的关键词的索引集合， 对于每个关键词wi， 计算权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115510126 A 2count′i为新块增加后wi包含对象的总数， 计 算 在块头存 储Φ′I、 Φ′C、 2.一种基于区块链的可验证关键词Top ‑K模糊查询方法， 其特征在于， 所述区块链包括 全节点和轻节点， 全节点为同步了所有区块链数据的节点， 包含块头和块体所有信息， 每个 块头包括一个ADS结构ADS2； 轻节点作为用户参与到区块链中， 轻节点只包含块头信息； 所 述方法包括： 步骤S210： 全节点执行密钥生成算法Genkey(1k)→(pk， sk)和累计值生成算法AccGen (D， pk)→{ΦT}， 构建共识证明； Genkey(1λ)→(pk， sk)包括： λ∈[1， N]为安全参数， 给定RSA累加器参数N＝p ·q和g， 其 中p和q为大素数， |p ·q|＞3 λ， g是循环群 QRN的生成元， 输出公共参数pk＝{N， (g， QRN)}和私 钥sk＝(p‑1)(q‑1)； AccGen(D， pk) →ΦT包括： 根据所有数据D构建前缀树T， 将前缀树T的根节点的哈希值 ΦT作为ADS2保存到块头； 其中， 前缀树T是有序的多路树数据结构， 用于存储关键字， 从根节点到每个叶子节点 路径上的所有节点字符组成一个关键 字； 前缀树T的非叶子节点包括： 字符s、 所有子节点的哈希值连接后的哈希值Ch、 所有祖先 节点的字符组成的字符串Ap和所有子节点字符的集合Sc； 前缀树T根节点的字符为起始符 “$”； 前缀树T的叶子节点包括： 结束符 “#”、 该叶子节点包含的所有对象的累计值 和该叶子节 点中包含的所有对象的集合So， 验证矩阵V[j]＝H (Objj， j)， H为抗碰撞哈希函数， n为叶子节点所包含对象的总数， wi为该叶子节点对应的关 键词， 将该叶子节点包含的对象由旧到新进行排序， Objj为第j个对象， P为通用哈希函数， P (x)∈{0， 1}3 λ代表x对应的素 数值； 步骤S220： 轻节点向区块链里任意全节点发起模糊查询请求， 所述模糊查询请求包括 查询关键词w及Top ‑K查询结果数k到全节点， 其中w包 含模糊查询字符 “*”或“？”； 步骤S230： 全节点收到所述模糊查询请求后， 全节点执行查询算法Search(w， k) →R获 得查询结果R， 执行验证生成算法GenProof(w， k， pk) →VO计算验证对象VO， 并发送R和VO给 轻节点； Search(w， k) →R包括： 如果w包含模糊查询字符 “*”则执行第一模糊查询， 如果w包含模 糊查询字符 “？”则执行第二模糊查询； 第一模糊查询包括： 对于查询关键词w＝ “s1s2…st*”， 其中s1、 s2、…、 st为第1至第t个字 符， 字符“*”为第t+1个字符， 在前缀树T中搜索得到w的最长子串ws＝“s1s2…sl”， 如果l＜t， 则使 如果l＝t， 则将 视为根节点得到子树 提取子树 中叶子节点So中前k 个对象加入到R中； 其中， 为Ap||s的值为ws的节点， | |为字符串连接操作； 第二模糊查询包括： 对于查询关键词w＝ “s1s2…sh？ sh+2sh+3…st”， 其中s1、 s2、…、 sh、…、 st为第1至第h再至第t个字符， 字符 “？”为第h+1个字符， 在前缀树T中搜索得到字符串权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115510126 A 3