WO2019053788A1 - データ処理装置、データ処理方法及びデータ処理プログラム - Google Patents

データ処理装置、データ処理方法及びデータ処理プログラム Download PDF

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    • H04L9/0643—Hash functions, e.g. MD5, SHA, HMAC or f9 MAC

Definitions

  • the present invention relates to a secret search technology.
  • Secret search is a technology for searching encrypted data in an encrypted state.
  • secret search has attracted attention as a security technology for protecting confidential information from eavesdropping by a server administrator when managing data on the Internet such as cloud services.
  • the basic flow of the secret search is as follows. First, a user who encrypts data (encipherer) encrypts data to generate encrypted data. Also, the user (encryptor) associates a keyword for searching the generated encrypted data with the encrypted data. Since the associated keyword is also information on data, the keyword is also encrypted. The encrypted keyword is called an encryption tag. The encrypted data and the encrypted tag are stored in the data center device. The number of encryption tags need not be one, and multiple encryption tags can be associated with the encrypted data. Also, keywords do not leak from the encrypted tag.
  • a user who performs a search selects a keyword that he / she wants to search, and generates a search query using the keyword and his / her own private key. Since a search query is a randomization of keywords using a secret key, it is difficult to guess the secret key from the search query itself. Then, the user (searcher) transmits this search query to the data center device, and requests the data center device to search.
  • the data center device stores the encrypted data and the encrypted tag requested to be stored by the user (encryptor) in association with each other.
  • the data center device receives the search query from the user (searcher)
  • the data center device searches for an encryption tag including the same keyword as the keyword used for generating the search query from among the encryption tags stored in the data center device. Do.
  • the data center device performs a special operation for secret search to determine whether the keyword of the encryption tag and the keyword of the search query are the same without decrypting the encryption tag and extracting the keyword. it can.
  • the data center device returns, to the user (searcher), the encrypted data associated with the encrypted tag whose keyword is determined to be identical to the search query.
  • the deterministic encryption is an encryption method characterized in that the same encrypted text can be obtained even if the same keyword is encrypted several times. Therefore, the deterministic encryption is characterized in that the search can be performed at high speed by using a high-speed method such as inverted index realized by a conventional database.
  • the deterministic encryption is based on information of the population ratio of a surname generally known, etc.
  • the contents of encrypted data can be inferred (for example, Non-Patent Document 2).
  • probabilistic encryption is an encryption method characterized in that even when the same keyword is encrypted, different encryption texts are obtained each time the encryption is performed. Therefore, simply comparing encrypted data with one another does not know whether the keywords are identical. For this reason, it is impossible to estimate a keyword by counting the frequency of occurrence, which has been a problem in deterministic cryptography, and its feature is that its security is high.
  • the speeding-up method realized by the conventional database can not be used and the search is slow because even the identity of the keyword is not known (for example, Non Patent Literature 1, Non Patent Literature 3, Non Patent Literature 4, nonpatent literature 5).
  • the secret search method using probabilistic encryption there is a technology for speeding up secret search by encrypting a bit string that is partial information of a keyword and transmitting the encrypted bit string to the data center device (for example, , Patent Document 2).
  • the data center apparatus can use the bit string as an index by disclosing a part of bit values of the encrypted bit string.
  • the technique of Patent Document 2 can speed up confidential search.
  • the data center apparatus when the number of encrypted data registered in the data center apparatus increases and the search speed becomes slow, the data center apparatus additionally adds the concealed bit value in the bit string. Can improve the search speed of the confidential search.
  • Patent Document 2 a bit string used as an index in a data center apparatus is encrypted using a public key system. Therefore, there is a problem that the decoding process takes time when decoding a part of bit values of a bit string in the data center device.
  • the main object of the present invention is to solve such problems. More specifically, the main object of the present invention is to speed up search processing by speeding up decoding processing of a bit string used as an index.
  • the data processing apparatus is An index bit string generation unit that generates a bit string to be used as an index in search of encrypted data stored in a data storage apparatus as an index bit string in association with the encrypted data;
  • An index bit string encryption unit that encrypts a plurality of bit values of the index bit string using a common key index key;
  • An encrypted index bit string which is the index bit string after the plurality of bit values are encrypted by the index bit string encryption unit, and a transmitting unit that transmits the encrypted data to the data storage device.
  • the index bit string is encrypted using a common key index key. Therefore, according to the present invention, it is possible to speed up the decoding process of the index bit string, and as a result, it is possible to speed up the search process.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of configuration of a secret search system according to a first embodiment.
  • FIG. 1 shows a secret search system according to a first embodiment.
  • FIG. 1 shows a secret search system according to a first embodiment.
  • FIG. 1 shows a secret search system according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a functional configuration of the access terminal apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a functional configuration of a data center apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an operation example of the access terminal apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an operation example of the access terminal apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an operation example of the access terminal apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an operation example of the access terminal apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an operation example of the data center apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an operation example of the data center apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an operation example of the data center apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a hardware configuration of an access terminal apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the data center apparatus according to the first embodiment.
  • Embodiment 1 In the present embodiment, a bit string (hereinafter referred to as index bit string) used as an index in search of encrypted data is encrypted, and an index bit string obtained by encryption (hereinafter referred to as encrypted index bit string) is encrypted tag.
  • index bit string used as an index in search of encrypted data
  • encrypted index bit string an index bit string obtained by encryption
  • FIG. 1 is a view showing an example of the configuration of a secret search system 100. As shown in FIG. 1
  • the secret search system 100 includes a key management server device 201, an access terminal device 301, and a data center device 401.
  • the key management server device 201 and the access terminal device 301 are connected to a LAN (Local Area Network) 102.
  • the LAN 102 is connected to the data center device 401 via the network 101.
  • the access terminal device 301 is an example of a data processing device, and the data center device 401 is an example of a data storage device. Although only one access terminal device 301 is shown in FIG. 1, a plurality of access terminal devices 301 may be included in the secret search system 100.
  • the key management server device 201 generates an encryption key used to encrypt storage target data to be stored in the data center device 401 and an encryption key used to encrypt tags. Further, the key management server device 201 may generate a plurality of index keys used for encryption of the index bit string.
  • the access terminal device 301 is a PC (Personal Computer) used by a user.
  • the access terminal device 301 generates storage target data and encrypts the generated storage target data. Further, the access terminal device 301 stores the encrypted data obtained by the encryption in the data center device 401.
  • the access terminal device 301 also requests the data center device 401 to search for encrypted data. Then, the access terminal device 301 receives the acquired encrypted data from the data center device 401 and decrypts the received encrypted data.
  • the data center device 401 is a server device having a large-capacity storage device for storing encrypted data. Since the storage target data is stored in an encrypted state, the data center apparatus 401 can not browse the contents of the storage target data.
  • the network 101 is a communication path connecting the LAN 102 and the data center device 401.
  • the Internet is an example of a typical network 101.
  • the access terminal device 301 encrypts storage target data to generate encrypted data. Further, the access terminal device 301 extracts a keyword from the storage target data, and encrypts the extracted keyword using a random number and an encryption key to generate an encrypted tag.
  • the encrypted tag is data to be collated when searching for encrypted data.
  • the access terminal device 301 performs a prescribed operation on keywords of storage target data to generate an index bit string. For example, the access terminal apparatus 301 performs a hash operation on a keyword to generate an index bit string. Further, the access terminal apparatus 301 may generate an index bit string by performing encryption by a deterministic encryption method using an encryption key in addition to the hash operation. Then, the access terminal device 301 encrypts the index bit string.
  • the access terminal device 301 encrypts the index bit string using a common key index key. Then, the access terminal device 301 transmits, to the data center device 401, the encrypted data, the encrypted tag, and the encrypted index bit string obtained by encrypting the index bit string.
  • the data center device 401 receives the encrypted data, the encryption tag, and the encryption index bit string. Then, the data center device 401 stores the encrypted data, the encrypted tag, and the encrypted index bit string in association with each other.
  • the access terminal device 301 when searching for encrypted data stored in the data center device 401, the access terminal device 301 encrypts a keyword to be searched and generates a trapdoor. Then, the access terminal device 301 transmits a search query including the trap door to the data center device 401. Note that the access terminal device 301 that registers encrypted data in the data center device 401 and the access terminal device 301 that requests the data center device 401 to search encrypted data may not match.
  • the data center device 401 When the data center device 401 receives a search query from the access terminal device 301, the data center device 401 matches the trap door included in the search query with the encryption tag. Then, the data center device 401 identifies the encrypted tag generated with the same keyword as the keyword used for generating the trapdoor as a result of the collation, and encrypts the encrypted data associated with the specified tag data. Extract. Next, the data center device 401 transmits the extracted encrypted data to the access terminal device 301 that is the transmission source of the search query.
  • the access terminal apparatus 301 that has requested storage of encrypted data discloses a bit value of a part of the encrypted index bit string to the data center apparatus 401.
  • the access terminal apparatus 301 may disclose bit values in steps of one bit or may disclose bit values in steps of multiple bits. Also, the access terminal 301 may disclose all bit values at one time.
  • the access terminal device 301 transmits the index key used to generate the encrypted index bit string to the data center device 401 in the disclosure of the bit value. The transmission of the index key is performed by encrypted communication.
  • the data center device 401 receives the index key transmitted from the access terminal device 301. Then, the data center device 401 decrypts the encrypted bit value of the encrypted index bit string using the received index key. For example, as shown in FIG. 2, it is assumed that the value before encryption (that is, the value of the index bit string) of the encrypted index bit string associated with the encrypted data is “011”. It is assumed that the access terminal device 301 transmits to the data center device 401 an index key for releasing the bit value of the most significant bit. The data center apparatus 401 obtains the bit value “0” which is the most significant bit of the index bit string “011” using the received index key. As shown in FIG.
  • the access terminal device 301 transmits to the data center device 401 a search query including “0”, which is the bit value of the trapdoor and the most significant bit of the encrypted index bit string.
  • the data center device 401 selects the encrypted tag associated with the encrypted index bit string whose bit value of the most significant bit is “0”, and checks only the selected encrypted tag against the trapdoor.
  • the access terminal device 301 discloses the lower bit value of the encrypted index bit string to the data center device 401. By doing this, even when the search efficiency is lowered, the search efficiency can be improved by the disclosure of the bit value of the encrypted bit string.
  • the index bit string is encrypted by the common key method.
  • the data center apparatus 401 can decode the bit value of the index bit string at high speed.
  • the access terminal apparatus 301 performs encryption by the deterministic encryption method in the process of generating the index bit string. For this reason, even when all the bit values of the encrypted index bit string are disclosed to the data center device 401, there is no possibility that the keyword leaks to the data center device 401. For example, in the case where a hash operation is performed on a keyword without using an encryption key to generate an index bit string, anyone can execute the hash operation, and therefore, an index bit string can be generated by anyone.
  • the same hash value stored in the data center device 401 may appear by calculating the hash value of the keyword gradually per touch, and then obtaining the keyword that is the source of the index bit string generation.
  • the index bit string according to the present embodiment is an index bit string generated by performing encryption of the deterministic encryption method, there is no concern that a keyword may be leaked.
  • FIG. 6 shows an example of a functional configuration of the access terminal device 301.
  • FIG. 14 shows an example of a hardware configuration of the access terminal device 301.
  • the access terminal apparatus 301 includes a data encryption unit 302, an encrypted tag generation unit 303, a tag-attached encrypted data generation unit 304, a key management unit 305, a search query generation unit 306, and a data decryption unit 307. , A permission bit position designation unit 308, a terminal-side data transmission / reception unit 309, and an encrypted index bit string generation unit 310.
  • the access terminal device 301 is a computer. As illustrated in FIG. 14, the access terminal device 301 includes, as hardware, a processor 931, an auxiliary storage device 932, a memory 933, a communication interface 934, and an input / output interface 935.
  • the auxiliary storage device 932 includes a data encryption unit 302, an encrypted tag generation unit 303, a tagged encrypted data generation unit 304, a key management unit 305, a search query generation unit 306, a data decryption unit 307, and a permission bit position specification unit
  • a program for realizing the functions of the terminal-side data transmission / reception unit 309 and the encrypted index bit string generation unit 310 is stored. These programs are loaded from the auxiliary storage device 932 into the memory 933.
  • the processor 931 executes these programs, and a data encryption unit 302, an encrypted tag generation unit 303, a tag-attached encrypted data generation unit 304, a key management unit 305, a search query generation unit 306, a data decryption unit to be described later.
  • the operation of the permission bit position designation unit 308, the terminal-side data transmission / reception unit 309, and the encrypted index bit string generation unit 310 is performed.
  • the processor 931 is a data encryption unit 302, an encrypted tag generation unit 303, a tag-attached encrypted data generation unit 304, a key management unit 305, a search query generation unit 306, a data decryption unit 307, and a permission bit position specification unit.
  • FIG. 308 schematically shows a state in which a program for realizing the functions of the terminal-side data transmission / reception unit 309 and the encrypted index bit string generation unit 310 is being executed.
  • the operation performed by the access terminal device 301 corresponds to a data processing method.
  • a program that implements the functions of the transmission / reception unit 309 and the encryption index bit string generation unit 310 corresponds to a data processing program.
  • the communication interface 934 communicates with an external device.
  • the input / output interface 935 receives an instruction from the user of the access terminal device 301, and presents information to the user of the access terminal device 301.
  • the data encryption unit 302 receives storage target data stored in the data center apparatus 401 from a user or an application. In addition, the data encryption unit 302 encrypts storage target data using common key encryption to obtain encrypted data of storage target data.
  • the encryption key used by the data encryption unit 302 to encrypt storage target data is hereinafter referred to as an encryption key eka. Further, the data encryption unit 302 extracts a keyword to be used for a search later from the storage target data. Also, the data encryption unit 302 may receive a keyword to be associated with data from the user.
  • the encrypted tag generation unit 303 generates an encrypted tag by encrypting the keyword associated with the storage target data by the data encryption unit 302 using a random number and an encryption key.
  • the encryption key used by the encryption tag generation unit 303 for encrypting the keyword is hereinafter referred to as an encryption key ekb.
  • the encrypted index bit string generating unit 310 performs a prescribed operation on keywords of storage target data to generate an index bit string. Also, the encrypted index bit string generation unit 310 encrypts the index bit string using the index key.
  • the encrypted index bit string generation unit 310 encrypts each of the plurality of bit values of the index bit string using different index keys. For example, if the index bit string is 3 bits, the encrypted index bit string generator 310 uses three index keys.
  • the index key used for encryption of the index bit string by the encrypted index bit string generator 310 is hereinafter referred to as the index key ik.
  • “ik” is followed by a number representing a bit position to which the index key ik corresponds. For example, if the index bit string is 3 bits, the index key used to encrypt the most significant bit value is denoted as index key ik1.
  • index key ik an index key used to encrypt the bit value of the least significant bit.
  • index key ik an index key used to encrypt the bit value of the least significant bit.
  • the encrypted index bit string generation unit 310 when a plurality of encrypted data are stored in the data center device 401, the encrypted index bit string generation unit 310 generates a plurality of index bit strings in association with the plurality of encrypted data. Then, the encrypted index bit string generation unit 310 can use a set of index keys common to encryption of a plurality of index bit strings of a plurality of encrypted data. That is, the encrypted index bit string generation unit 310 encrypts bit values in the same bit position of a plurality of index bit strings using the same index key. For example, if all index bit strings are 3 bits, the encrypted index bit string generator 310 encrypts the bit value of the most significant bit of all index bit strings using the index key ik1.
  • the encrypted index bit string generating unit 310 encrypts the bit value of the least significant bit of all the index bit strings using the index key ik3. By doing this, the bit value of the most significant bit of the plurality of encrypted index bit strings of the plurality of encrypted data can be obtained merely by transmitting the index key ik1 to the data center device 401 by the permission bit position designation unit 308 described later. It can be disclosed. Note that the encrypted index bit string generation unit 310 may use different sets of index keys for encryption of a plurality of index bit strings.
  • the encrypted index bit string generating unit 310 encrypts each of the plurality of bit values of the index bit string using different index keys, but the encrypted index bit string generating unit 310 does not include the index bit string
  • the plurality of bit values may be encrypted using a smaller number of index keys than the number of bits of the index bit string. Specifically, if the index bit string is 3 bits, the encrypted index bit string generator 310 may use one or two index keys.
  • the encrypted index bit string generation unit 310 does not decrypt the encrypted bit value at a bit position other than the permission bit position described later by the index key used for the encryption of the bit value at the permission bit position.
  • multiple bit values of the index bit string are encrypted.
  • the encrypted index bit string generation unit 310 corresponds to an index bit string generation unit and an index bit string encryption unit.
  • the processing performed by the encrypted index bit string generation unit 310 corresponds to index bit string generation processing and index bit string encryption processing.
  • the tagged encrypted data generation unit 304 generates the encrypted data generated by the data encryption unit 302, the encrypted tag generated by the encrypted tag generation unit 303, and the encrypted index bit string generation unit 310. Combine the encrypted index bit strings to generate tagged encrypted data. Then, the tagged encrypted data generation unit 304 outputs the tagged encrypted data to the terminal-side data transmission / reception unit 309.
  • the key management unit 305 manages the encryption key eka and the encryption key ekb. More specifically, the key management unit 305 stores the encryption key eka and the encryption key ekb generated by the key management server device 201 in the auxiliary storage device 932. Also, the key management unit 305 generates a plurality of index keys ik (ik1, ik2, ik3...) From the encryption key eka or the encryption key ekb, and stores the generated plurality of index keys ik in the auxiliary storage device 932. Instead of storing the plurality of index keys ik in the auxiliary storage device 932, the key management unit 305 may generate the encryption key eka or the encryption key ekb each time the index key ik is needed.
  • the key management unit 305 may store the index key ik generated independently of the encryption key eka and the encryption key ekb in the key management server device 201 in the auxiliary storage device 932. Also, the key management unit 305 outputs the encryption key ekb for generation of the search query of the search query generation unit 306. Also, the key management unit 305 outputs the encryption key eka to the data decryption unit 307 in order to decrypt the encrypted data of the data decryption unit 307. Also, the key management unit 305 outputs the index key ik corresponding to the bit value to be disclosed to the permission bit position specification unit 308 in order to disclose the specific bit value in the encrypted index bit string.
  • the search query generation unit 306 generates a trapdoor by encrypting the search keyword specified by the user with the encryption key ekb. Then, the search query generation unit 306 generates a search query including the trapdoor, and outputs the search query to the terminal-side data transmission / reception unit 309. If the disclosed bit value exists, the search query generation unit 306 generates a search query including the trapdoor and the disclosed bit value, and outputs the search query to the terminal-side data transmission / reception unit 309. When the disclosed bit value exists, the search query generation unit 306 generates the encrypted index bit string of the search keyword using the encrypted index bit string generation unit 310, and the trapdoor and the encrypted index bit string are generated. A search query to be included may be generated, and the search query may be output to the terminal-side data transmission / reception unit 309. In this case, the data center device 401 can obtain the disclosed bit value from the encrypted index bit string using the index key ik already disclosed.
  • the data decryption unit 307 decrypts the encrypted data received from the data center device 401 using the encryption key eka.
  • the permission bit position designation unit 308 designates a permission bit position.
  • the permission bit position is a bit position that decrypts and exposes a bit value among a plurality of bit positions of the encrypted index bit string.
  • the permission bit position designating unit 308 may specify the permission bit position according to an instruction from the user, or may specify the permission bit position according to a predetermined algorithm.
  • the permission bit position specification unit 308 may specify the permission bit positions in steps of one bit at a time, or may specify two or more bits at one time as the permission bit positions. Also, the permission bit position specification unit 308 may specify all the bits of the encrypted index bit string as permission bit positions at one time.
  • the permission bit position specification unit 308 specifies permission bit positions in order from the most significant bit when specifying permission bit positions in stages.
  • the permission bit position designation unit 308 acquires from the key management unit 305 the index key ik corresponding to the permission bit position. That is, the permission bit position designation unit 308 acquires, from the key management unit 305, the index key ik used for encrypting the bit value of the permission bit position. Then, the acquired index key ik is output to the terminal-side data transmission / reception unit 309.
  • the terminal-side data transmission / reception unit 309 receives the encryption key eka and the encryption key ekb from the key management server device 201.
  • the terminal-side data transmission / reception unit 309 may receive a plurality of index keys ik from the key management server device 201 in some cases.
  • the terminal-side data transmission / reception unit 309 also transmits tagged encrypted data to the data center device 401.
  • the terminal-side data transmission / reception unit 309 receives, from the data center device 401, encrypted data that is a search result. Further, the terminal-side data transmission / reception unit 309 transmits the index key ik to the data center device 401 in order to disclose the bit value of the permission bit position.
  • the terminal-side data transmission / reception unit 309 corresponds to a transmission unit. Further, the processing performed by the terminal-side data transmission / reception unit 309 corresponds to transmission processing.
  • FIG. 7 shows an example of the functional configuration of the data center device 401.
  • FIG. 15 shows an example of the hardware configuration of the data center device 401.
  • the data center device 401 includes a center-side data transmission / reception unit 402, a storage request processing unit 403, a data storage unit 404, a disclosure bit value decoding unit 405, and a search processing unit 406.
  • the data center device 401 is a computer. As shown in FIG. 15, the data center device 401 includes a processor 941, an auxiliary storage device 942, a memory 943, a communication interface 944 and an input / output interface 945 as hardware.
  • the auxiliary storage unit 942 stores programs for realizing the functions of the center-side data transmission / reception unit 402, the storage request processing unit 403, the disclosure bit value decoding unit 405, and the search processing unit 406. These programs are loaded from the storage unit 942 into the memory 943. Then, the processor 941 executes these programs to operate the center-side data transmission / reception unit 402, the storage request processing unit 403, the disclosure bit value decoding unit 405, and the search processing unit 406, which will be described later.
  • the 14 schematically shows a state in which the processor 941 is executing a program for realizing the functions of the center-side data transmission / reception unit 402, the storage request processing unit 403, the disclosure bit value decoding unit 405, and the search processing unit 406. .
  • the data storage unit 404 is realized by the auxiliary storage device 942.
  • the communication interface 944 communicates with an external device.
  • the input / output interface 945 receives an instruction from the user of the data center apparatus 401, and presents information to the user of the data center apparatus 401.
  • the center-side data transmission / reception unit 402 receives tagged encrypted data from the access terminal device 301.
  • the center-side data transmission / reception unit 402 also receives a search query from the access terminal device 301, and transmits encrypted data as a response.
  • the center-side data transmission / reception unit 402 also receives the index key ik from the access terminal device 301.
  • the storage request processing unit 403 analyzes the received tagged encrypted data, and decomposes the tagged encrypted data into encrypted data, an encrypted tag, and an encrypted index bit string. Then, the storage request processing unit 403 stores the encrypted data, the encrypted tag, and the encrypted index bit string in the data storage unit 404 in association with each other.
  • the data storage unit 404 mutually stores the encrypted data, the encrypted tag, and the encrypted index bit string in association with each other.
  • the disclosed bit value decryption unit 405 decrypts the bit value of the permission bit position of the encrypted index bit string using the received index key ik.
  • the search processing unit 406 collates the search query received from the access terminal device 301 with the encrypted tag in the data storage unit 404.
  • the search processing unit 406 determines whether or not the keyword included in the tag and the keyword included in the search query match by this matching process. Thereafter, the search processing unit 406 acquires, from the data storage unit 404, the encrypted data associated with the tag hit in the search. Then, the search processing unit 406 returns the acquired encrypted data to the access terminal apparatus 301 via the center-side data transmission / reception unit 402.
  • the data encryption unit 302 receives storage target data from the user, and determines a keyword to be associated with the storage target data.
  • the data encryption unit 302 may extract the keyword from the storage target data, or the user may specify the keyword.
  • one keyword may be associated with storage target data, and a plurality of keywords may be associated with storage target data. In the following, in order to simplify the explanation, it is assumed that one keyword is associated with the data to be stored.
  • step S802 the data encryption unit 302 encrypts storage target data to generate encrypted data. More specifically, the data encryption unit 302 acquires the encryption key eka from the key management unit 305, and encrypts storage target data using the encryption key eka. The data encryption unit 302 outputs the keyword to the encryption tag generation unit 303. Also, the data encryption unit 302 outputs the encrypted data to the tagged encrypted data generation unit 304.
  • the encrypted tag generation unit 303 generates an encrypted tag. More specifically, the encryption tag generation unit 303 acquires the encryption key ekb from the key management unit 305, encrypts the keyword using a random number and the encryption key ekb, and generates an encryption tag. The encrypted tag generation unit 303 outputs the keyword to the encrypted index bit string generation unit 310. In addition, the encrypted tag generation unit 303 outputs the encrypted tag to the tagged encrypted data generation unit 304.
  • step S804 the encrypted index bit string generating unit 310 performs a prescribed operation on the keyword to generate an index bit string.
  • the encryption index bit string generating unit 310 performs a hash operation on the keyword to generate an index bit string.
  • the encryption index bit string generation unit 310 may generate an index bit string by performing encryption using a deterministic encryption method in addition to the hash operation.
  • step S805 the encrypted index bit string generation unit 310 encrypts the index bit string to generate an encrypted index bit string. More specifically, the encrypted index bit string generating unit 310 acquires the index key ik of the common key method from the key management unit 305, and encrypts the index bit string using the index key ik. The encrypted index bit string generating unit 310 outputs the encrypted index bit string to the tagged encrypted data generating unit 304.
  • step S806 the tagged encrypted data generation unit 304 combines the encrypted data, the encrypted tag, and the encrypted index bit string to generate tagged encrypted data.
  • the tagged encrypted data generation unit 304 outputs the generated tagged encrypted data to the terminal-side data transmission / reception unit 309.
  • step S 807 the terminal-side data transmission / reception unit 309 transmits the tagged encrypted data to the data center device 401.
  • step S1102 when the center-side data transmission / reception unit 402 receives tagged encrypted data (YES in step S1101), in step S1102, the storage request processing unit 403 encrypts tagged encrypted data as encrypted data, an encrypted tag, and an encryption tag. Break it down into binary index bit strings.
  • step S 1103 the storage request processing unit 403 stores the encrypted data, the encrypted tag, and the encrypted index bit string in the data storage unit 404 in association with each other.
  • search request processing in the access terminal device 301 will be described based on FIG.
  • step S 901 the search query generation unit 306 acquires a search keyword from the user who operates the access terminal device 301.
  • step S902 the search query generation unit 306 encrypts the search keyword to generate a search query. More specifically, the search query generation unit 306 acquires the encryption key ekb from the key management unit 305, and encrypts the search keyword using the encryption key ekb. Then, the search query generation unit 306 generates a search query including the trapdoor obtained by the encryption.
  • step S 903 the search query generation unit 306 determines whether any bit value of the index bit string has been disclosed.
  • step S 904 the search query generation unit 306 adds the disclosed bit value to the search query.
  • step S 905 the terminal-side data transmission / reception unit 309 transmits a search query to the data center device 401.
  • step S906 when the terminal-side data transmission / reception unit 309 receives the search result (YES in step S906), the data decryption unit 307 acquires the encryption key eka from the key management unit 305, and uses the search result as the search result. The included encrypted data is decrypted using the encryption key eka (step S 907).
  • step S1202 the search processing unit 406 determines whether the search query includes a disclosed bit value.
  • step S1204 the search processing unit 406 performs a search using a trapdoor. That is, the search processing unit 406 matches the trapdoor with the encryption tag. Then, the search processing unit 406 specifies an encrypted tag generated with the same keyword as the keyword used for generating the trapdoor, and extracts encrypted data associated with the specified tag data.
  • step S1203 the search processing unit 406 determines that the encrypted bit value is the same as the disclosed bit value included in the search query.
  • the search using the trapdoor is performed with limitation to the encryption tag associated with the conversion index bit string.
  • the center-side data transmission / reception unit 402 transmits the encrypted data extracted by the search processing unit 406 to the access terminal apparatus 301 that is the transmission source of the search query.
  • index bit value disclosure processing in the access terminal device 301 will be described.
  • the permission bit position designation unit 308 designates the permission bit position. For example, when the search efficiency in the data center apparatus 401 becomes equal to or less than the threshold value, the permission bit position specification unit 308 specifies the permission bit position. As described above, the permission bit position designating unit 308 may specify the permission bit position according to an instruction from the user, or may specify the permission bit position according to a predetermined algorithm. The permission bit position specification unit 308 may specify the permission bit positions in steps of one bit at a time, or may specify two or more bits at one time as the permission bit positions.
  • step S1002 the permission bit position designation unit 308 acquires, from the key management unit 305, the index key ik used for encrypting the bit value of the permission bit position.
  • the permission bit position specification unit 308 outputs the index key ik acquired from the key management unit 305 to the terminal-side data transmission / reception unit 309 together with the information on the permission bit position.
  • step S1003 the terminal-side data transmission / reception unit 309 transmits the index key ik to the data center apparatus 401 together with the information of the permission bit position.
  • step S1302 When center side data transmission / reception unit 402 receives index key ik (YES in step S1301), in step S1302, disclosed bit value decryption unit 405 uses index key ik to use the corresponding bit value in the encrypted index bit string. Decode the
  • the new encrypted data is registered in the data center device 401 after the disclosure of any bit value in the encrypted disclosure bit string
  • the new encrypted data is registered. All bit values of the encrypted index bit string are encrypted.
  • the access terminal device 301 also transmits the index key of the corresponding bit position to the data center device 401 for the encrypted index bit string corresponding to the new encrypted data, and the data center device 401 transmits the index key string corresponding to the encrypted index bit string. Decode a bit position.
  • the access terminal device 301 encrypts the index bit string using the common key index key. Therefore, according to the present embodiment, the access terminal apparatus 301 can speed up the decoding process of the index bit string, and as a result, it is possible to speed up the search process.
  • the access terminal device 301 encrypts the index bit string using the common key index key. Therefore, according to the present embodiment, no information leaks from the encrypted index bit string before disclosure.
  • the access terminal apparatus 301 performs encryption by a deterministic encryption method in addition to the hash operation to generate an index bit string. Therefore, according to the present embodiment, even if all bit values of the index bit string are disclosed, there is little possibility that the keyword is analogized.
  • the processor 931 and the processor 941 illustrated in FIGS. 14 and 15 are integrated circuits (ICs) that perform processing.
  • the processor 931 and the processor 941 are a central processing unit (CPU), a digital signal processor (DSP), and the like.
  • the auxiliary storage device 932 and the auxiliary storage device 942 illustrated in FIGS. 14 and 15 are a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an HDD (Hard Disk Drive), and the like.
  • the memory 933 and the memory 943 illustrated in FIGS. 14 and 15 are a random access memory (RAM).
  • the communication interface 934 and the communication interface 944 illustrated in FIGS. 14 and 15 are electronic circuits that execute data communication processing.
  • the communication interface 934 and the communication interface 944 are, for example, a communication chip or a NIC (Network Interface Card).
  • the input / output interface 935 and the input / output interface 945 shown in FIGS. 14 and 15 are, for example, a mouse, a keyboard, a display, and the like.
  • the auxiliary storage device 932 also stores an OS (Operating System). Then, at least part of the OS is executed by the processor 931.
  • the processor 931 executes at least a part of the OS while the data encryption unit 302, the encrypted tag generation unit 303, the tagged encrypted data generation unit 304, the key management unit 305, the search query generation unit 306, and the data decryption unit 307.
  • a program for realizing the functions of permission bit position designation unit 308, terminal side data transmission / reception unit 309, and encrypted index bit string generation unit 310 is executed.
  • the processor 931 executes the OS, task management, memory management, file management, communication control, and the like are performed.
  • a data encryption unit 302 an encrypted tag generation unit 303, a tagged encrypted data generation unit 304, a key management unit 305, a search query generation unit 306, a data decryption unit 307, a permission bit position specification unit 308, terminal side data
  • At least one of information, data, signal value and variable value indicating the result of processing of transmission / reception unit 309 and encrypted index bit string generation unit 310 corresponds to at least one of auxiliary storage device 932, memory 933, register in processor 931 and cache memory. It is memorized in either.
  • Programs for realizing the functions of the transmission / reception unit 309 and the encrypted index bit string generation unit 310 may be stored in a portable storage medium such as a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a Blu-ray (registered trademark) disk, and a DVD.
  • the auxiliary storage device 942 also stores an OS (Operating System). Then, at least part of the OS is executed by the processor 941.
  • the processor 941 executes a program that implements the functions of the center-side data transmission / reception unit 402, the storage request processing unit 403, the disclosed bit value decoding unit 405, and the search processing unit 406 while executing at least a part of the OS.
  • the processor 941 executes the OS, task management, memory management, file management, communication control, and the like are performed. Further, at least one of information, data, signal value, and variable value indicating the result of processing of the center-side data transmission / reception unit 402, storage request processing unit 403, disclosure bit value decoding unit 405, and search processing unit 406 is an auxiliary storage device.
  • the programs for realizing the functions of the center-side data transmission / reception unit 402, the storage request processing unit 403, the disclosure bit value decoding unit 405, and the search processing unit 406 are magnetic disks, flexible disks, optical disks, compact disks, Blu-ray (registered trademark) It may be stored in a portable storage medium such as a disc or a DVD.
  • a data encryption unit 302 an encrypted tag generation unit 303, a tagged encrypted data generation unit 304, a key management unit 305, a search query generation unit 306, a data decryption unit 307, a permission bit position specification unit 308, terminal side data
  • the “parts” of the transmission / reception unit 309 and the encrypted index bit string generation unit 310 may be read as “circuit” or “process” or “procedure” or “process”.
  • the "unit” of the center-side data transmission / reception unit 402, the storage request processing unit 403, the disclosure bit value decoding unit 405, and the search processing unit 406 is replaced with “circuit” or "process” or “procedure” or "process”.
  • the access terminal device 301 and the data center device 401 may be realized by a processing circuit.
  • the processing circuit is, for example, a logic integrated circuit (IC), a gate array (GA), an application specific integrated circuit (ASIC), or a field-programmable gate array (FPGA).
  • IC logic integrated circuit
  • G gate array
  • ASIC application specific integrated circuit
  • FPGA field-programmable gate array
  • the side data transmission / reception unit 309 and the encrypted index bit string generation unit 310 are each realized as part of a processing circuit.
  • center-side data transmission / reception unit 402, the storage request processing unit 403, the disclosure bit value decoding unit 405, and the search processing unit 406 are also realized as part of the processing circuit.
  • processing circuit the upper concept of the processor, the memory, the combination of the processor and the memory, and the processing circuit. That is, the processor, the memory, the combination of the processor and the memory, and the processing circuit are specific examples of the "processing circuit".
  • Reference Signs List 100 secret search system 101 network 102 LAN 201 key management server device 301 access terminal device 302 data encryption unit 303 encrypted tag generation unit 304 tagged encrypted data generation unit 305 key management unit 306 Search query generation unit 307 data decryption unit 308 permission bit position specification unit 309 terminal side data transmission / reception unit 310 encrypted index bit string generation unit 401 data center apparatus 402 center side data transmission / reception unit 403 storage request processing unit 404 data storage unit, 405 disclosure bit value decoding unit, 406 search processing unit.

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Abstract

索引ビット列生成部（３１０）は、データセンタ装置（４０１）で保管される暗号化データの検索の際に索引として用いられるビット列を、暗号化データに関連付けて、索引ビット列として生成する。また、索引ビット列生成部（３１０）は、索引ビット列の複数のビット値を、共通鍵方式の索引鍵を用いて暗号化する。端末側データ送受信部（３０９）は、索引ビット列生成部（３１０）により複数のビット値が暗号化された後の索引ビット列である暗号化索引ビット列と、暗号化データとをデータセンタ装置（４０１）に送信する。

Description

データ処理装置、データ処理方法及びデータ処理プログラム
　本発明は、秘匿検索技術に関する。
　秘匿検索とは、暗号化データを暗号化したまま検索する技術である。
　近年、秘匿検索は、クラウドサービスなどのインターネット上でデータを管理する際のサーバ管理者による盗聴からも機密情報を守るためのセキュリティ技術として注目されている。
　秘匿検索の基本的な流れは、下記の通りである。
　まず、データを暗号化するユーザ（暗号化者）は、データを暗号化して暗号化データを生成する。また、ユーザ（暗号化者）は、生成した暗号化データを検索するためのキーワードを当該暗号化データに関連付ける。
　関連付けたキーワードもデータに関する情報であるため、キーワードも暗号化される。暗号化されたキーワードは暗号化タグという。暗号化データと暗号化タグはデータセンタ装置に保管される。
　暗号化タグは１個である必要はなく、複数の暗号化タグを暗号化データに関連付けることができる。
　また、暗号化タグからキーワードが漏れることはない。
　検索を行うユーザ（検索者）は、検索したいキーワードを選び、そのキーワードと自身の持つ秘密鍵を用いて検索クエリを生成する。
　検索クエリは、秘密鍵を用いてキーワードをランダム化したものであるため、検索クエリ自身から秘密鍵を類推するのは難しい。
　そして、ユーザ（検索者）は、この検索クエリをデータセンタ装置に送信し、データセンタ装置に検索を要求する。
　データセンタ装置は、ユーザ（暗号化者）から保管を依頼された暗号化データと暗号化タグを相互に対応付けて保管している。
　データセンタ装置は、ユーザ（検索者）から検索クエリを受け取ったら、データセンタ装置が保管する暗号化タグの中から、検索クエリの生成に用いられたキーワードと同一のキーワードを含む暗号化タグを検索する。
　この時、データセンタ装置は秘匿検索のための特殊な演算を行うことによって、暗号化タグを復号してキーワードを取り出すことなく、暗号化タグのキーワードと、検索クエリのキーワードが同一かどうかを判定できる。
　そして、データセンタ装置はキーワードが検索クエリと同一と判定された暗号化タグと関連付けられた暗号化データをユーザ（検索者）に返却する。
　なお、秘匿検索には、暗号化者と検索者が同一の秘密情報を保持しなくてはならない共通鍵方式と、暗号化者は誰でも良くて検索者のみが秘密情報を保持する特定ユーザに限定された公開鍵方式の２種類がある。
　また、秘匿検索を実現する手法は、確定的暗号を利用する方法と、確率的暗号を利用する方法の２種類がある。
　確定的暗号とは、同一のキーワードを暗号化した際に、何回繰り返して暗号化しても同一の暗号文が得られるという特徴を持つ暗号化方式である。
　そのため、確定的暗号には、従来のデータベースで実現されている転置索引などの高速化手法を利用して、検索を高速に実施することができるという特徴がある。
　その一方で、暗号化データの出現頻度をカウントする事ができるため、確定的暗号には、例えばキーワードが名字であった場合、一般的に知られている名字の人口比率の情報等を元にして、暗号化データの中身が推測できてしまうという欠点もある（例えば非特許文献２）。
　一方、確率的暗号とは、同一のキーワードを暗号化する場合でも、暗号化のたびに異なる暗号文となるという特徴を持つ暗号化方式である。
　したがって、単純に暗号化データ同士を比較してもキーワードが同一かどうか分からない。このため、確定的暗号で問題となっていた出現頻度のカウントによるキーワードの推測ができない様になっており、その安全性が高い事が特徴である。
　その一方で、キーワードの同一性すら分からないため、従来のデータベースで実現されていた高速化手法が使えず、検索が遅いという欠点がある（例えば非特許文献１、非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５）。
　確率的暗号を用いた秘匿検索を高速化する手法として、検索結果をキャッシュすることによって平均応答時間を短縮するアイデアが提案されている。
　これは、一般的な検索では同じキーワードで２回以上検索される事があるという特徴に着目したものである。この手法では、１回目の検索では時間がかかるものの、その結果をキャッシュして２回目以降はキャッシュした結果を返すだけにする事で、検索の高速化を図っている（例えば特許文献１）。
　また、確率的暗号を用いた秘匿検索方式において、キーワードの部分情報であるビット列を暗号化し、暗号化されたビット列をデータセンタ装置に送信することによって、秘匿検索を高速化する技術がある（例えば、特許文献２）。
　特許文献２の技術では、暗号化されたビット列のうちの一部のビット値が開示されることで、データセンタ装置は当該ビット列を索引として用いることができる。この結果、特許文献２の技術により、秘匿検索を高速化することができる。更に、特許文献２の技術では、データセンタ装置に登録されている暗号化データの数が増加して検索速度が遅くなった場合に、ビット列内の秘匿されているビット値を追加でデータセンタ装置に開示することで、秘匿検索の検索速度を改善することができる。
特開２００５－１３４９９０号公報 国際公開２０１２／０９５９７３号
Ｄ．Ｂｏｎｅｈ、Ｇ．Ｄ．Ｃｒｅｓｃｅｎｚｏ、Ｒ．Ｏｓｔｒｏｖｓｋｙ、Ｇ．ＰｅｒｓｉａｎｏＧ、"Ｐｕｂｌｉｃ　Ｋｅｙ　Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　Ｋｅｙｗｏｒｄ　Ｓｅａｒｃｈ"、ＥＵＲＯＣＲＹＰＴ’２００４、Ｌｅｃｔｕｒｅ　Ｎｏｔｅｓ　ｉｎ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｖｏｌ．３０２７、２００４． Ｍ．Ｂｅｌｌａｒｅ、Ａ．Ｂｏｌｄｙｒｅｖａ、Ａ．Ｏ’Ｎｅｉｌｌ、"Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ　ａｎｄ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ　Ｓｅａｒｃｈａｂｌｅ　Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ"、ＣＲＹＰＴＯ’２００７、Ｌｅｃｔｕｒｅ　Ｎｏｔｅｓ　ｉｎ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｖｏｌ．４６２２、２００７． Ｊ．Ｋａｔｚ、Ａ．Ｓａｈａｉ、Ｂ．Ｗａｔｅｒｓ、"Ｐｒｅｄｉｃａｔｅ　Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ　Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　Ｄｉｓｊｕｎｃｔｉｏｎｓ，Ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ　Ｅｑｕａｔｉｏｎｓ，ａｎｄ　Ｉｎｎｅｒ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ"、ＥＵＲＯＣＲＹＰＴ　２００８、Ｌｅｃｔｕｒｅ　Ｎｏｔｅｓ　ｉｎ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｖｏｌ．４９６５、２００８． 服部　充洋、森　拓海、伊藤　隆、松田　規、米田　健、太田　和夫、"Ａｎｏｎｙｍｏｕｓ　ＨＩＢＥ　ｗｉｔｈ　Ｗｉｌｄｃａｒｄｓ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｓｅｃｕｒｅ　Ｋｅｙｗｏｒｄ　Ｓｅａｒｃｈ　ｆｏｒ　Ｇｒｏｕｐ－Ｏｒｉｅｎｔｅｄ　Ｍｕｌｔｉ－Ｕｓｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ"、ＳＣＩＳ’２０１０、３Ａ４－２、電子情報通信学会、２０１０． Ｔａｔｓｕａｋｉ　Ｏｋａｍｏｔｏ、Ｋａｔｓｕｙｕｋｉ　Ｔａｋａｓｈｉｍａ、"Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ　Ｐｒｅｄｉｃａｔｅ　Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｉｎｎｅｒ－Ｐｒｏｄｕｃｔｓ"、ＡＳＩＡＣＲＹＰＴ’２００９、Ｌｅｃｔｕｒｅ　Ｎｏｔｅｓ　ｉｎ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｖｏｌ．５９１２、２００９．
　特許文献２では、データセンタ装置において索引として用いられるビット列は公開鍵方式を用いて暗号化されている。このため、データセンタ装置でビット列の一部のビット値の復号する際に、復号処理に時間を要するという課題がある。
　本発明は、このような課題を解決することを主な目的とする。より具体的には、本発明は、索引として用いられるビット列の復号処理を高速化することにより、検索処理を高速化することを主な目的とする。
　本発明に係るデータ処理装置は、
　データ保管装置で保管される暗号化データの検索の際に索引として用いられるビット列を、前記暗号化データに関連付けて、索引ビット列として生成する索引ビット列生成部と、
　前記索引ビット列の複数のビット値を、共通鍵方式の索引鍵を用いて暗号化する索引ビット列暗号化部と、
　前記索引ビット列暗号化部により前記複数のビット値が暗号化された後の前記索引ビット列である暗号化索引ビット列と、前記暗号化データとを前記データ保管装置に送信する送信部とを有する。
　本発明では、索引ビット列は、共通鍵方式の索引鍵を用いて暗号化される。このため、本発明によれば、索引ビット列の復号処理を高速化することができ、この結果、検索処理を高速化することができる。
実施の形態１に係る秘匿検索システムの構成例を示す図。 実施の形態１に係る秘匿検索システムを示す図。 実施の形態１に係る秘匿検索システムを示す図。 実施の形態１に係る秘匿検索システムを示す図。 実施の形態１に係る秘匿検索システムを示す図。 実施の形態１に係るアクセス端末装置の機能構成例を示す図。 実施の形態１に係るデータセンタ装置の機能構成例を示す図。 実施の形態１に係るアクセス端末装置の動作例を示すフローチャート図。 実施の形態１に係るアクセス端末装置の動作例を示すフローチャート図。 実施の形態１に係るアクセス端末装置の動作例を示すフローチャート図。 実施の形態１に係るデータセンタ装置の動作例を示すフローチャート図。 実施の形態１に係るデータセンタ装置の動作例を示すフローチャート図。 実施の形態１に係るデータセンタ装置の動作例を示すフローチャート図。 実施の形態１に係るアクセス端末装置のハードウェア構成例を示す図。 実施の形態１に係るデータセンタ装置のハードウェア構成例を示す図。
　実施の形態１．
　本実施の形態では、暗号化データの検索の際に索引として用いられるビット列（以下、索引ビット列）を暗号化し、暗号化により得られた索引ビット列（以下、暗号化索引ビット列という）を暗号化タグに付加して秘匿検索を高速化する方式を説明する。
　更に、本実施の形態１では、データセンタ装置に登録された暗号化データの数が増加して検索処理が遅くなった場合に、暗号化索引ビット列の暗号化されているビット値を段階的に開示することで、秘匿検索を安全に高速化する方式を説明する。
　図１は、秘匿検索システム１００の構成例を示す図である。
　秘匿検索システム１００は、鍵管理サーバ装置２０１、アクセス端末装置３０１、データセンタ装置４０１を備える。
　鍵管理サーバ装置２０１とアクセス端末装置３０１とは、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）１０２に接続されている。
　ＬＡＮ１０２は、ネットワーク１０１を介してデータセンタ装置４０１と接続されている。
　なお、アクセス端末装置３０１はデータ処理装置の例であり、データセンタ装置４０１はデータ保管装置の例である。
　図１では、１つのアクセス端末装置３０１のみが示されているが、秘匿検索システム１００に複数のアクセス端末装置３０１が含まれていてもよい。
　鍵管理サーバ装置２０１は、データセンタ装置４０１での保管対象となる保管対象データの暗号化に用いる暗号鍵及びタグの暗号化に用いる暗号鍵を生成する。
　また、鍵管理サーバ装置２０１は、索引ビット列の暗号化に用いる複数の索引鍵を生成してもよい。
　アクセス端末装置３０１は、ユーザが利用するＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）である。
　アクセス端末装置３０１は、保管対象データを生成し、生成した保管対象データを暗号化する。また、アクセス端末装置３０１は、暗号化により得られた暗号化データをデータセンタ装置４０１に保管する。また、アクセス端末装置３０１は、データセンタ装置４０１に、暗号化データの検索を要求する。そして、アクセス端末装置３０１は、データセンタ装置４０１から、取得された暗号化データを受信し、受信した暗号化データの復号を行う。
　データセンタ装置４０１は、暗号化データを保管する大容量の記憶装置を持つサーバ装置である。
　保管対象データは暗号化された状態で保管されるため、データセンタ装置４０１では保管対象データの中身を閲覧することができない。
　ネットワーク１０１は、ＬＡＮ１０２とデータセンタ装置４０１を接続する通信路である。
　例えば、インターネットなどが代表的なネットワーク１０１の例である。
　ここで、図２～図５を参照して、本実施の形態における秘匿検索システム１００の概要を説明する。
　図２に示すように、アクセス端末装置３０１は、保管対象データを暗号化して、暗号化データを生成する。
　また、アクセス端末装置３０１は、保管対象データからキーワードを抽出し、抽出したキーワードを乱数と暗号鍵を用いて暗号化して暗号化タグを生成する。
　暗号化タグは、暗号化データの検索の際に照合されるデータである。
　また、アクセス端末装置３０１は、保管対象データのキーワードに対して規定の演算を行って索引ビット列を生成する。アクセス端末装置３０１は、例えば、キーワードに対してハッシュ演算を行って索引ビット列を生成する。また、アクセス端末装置３０１は、ハッシュ演算に加え暗号鍵を用いて確定的暗号方式による暗号化を行って索引ビット列を生成してもよい。
　そして、アクセス端末装置３０１は、索引ビット列を暗号化する。より具体的には、アクセス端末装置３０１は、共通鍵方式の索引鍵を用いて索引ビット列を暗号化する。
　そして、アクセス端末装置３０１は、暗号化データと、暗号化タグと、索引ビット列を暗号化して得られた暗号化索引ビット列をデータセンタ装置４０１に送信する。
　データセンタ装置４０１は、暗号化データと暗号化タグと暗号化索引ビット列を受信する。そして、データセンタ装置４０１は、暗号化データと暗号化タグと暗号化索引ビット列を相互に対応付けて記憶する。
　図３に示すように、データセンタ装置４０１に保管されている暗号化データを検索する際には、アクセス端末装置３０１は、検索対象のキーワードを暗号化してトラップドアを生成する。
　そして、アクセス端末装置３０１は、トラップドアが含まれる検索クエリをデータセンタ装置４０１に送信する。
　なお、データセンタ装置４０１に暗号化データを登録するアクセス端末装置３０１と、データセンタ装置４０１に暗号化データの検索を要求するアクセス端末装置３０１は一致していなくてもよい。
　データセンタ装置４０１は、アクセス端末装置３０１から検索クエリを受信した場合に、検索クエリに含まれているトラップドアを暗号化タグと照合する。
　そして、データセンタ装置４０１は、照合の結果、トラップドアの生成に用いられたキーワードと同じキーワードで生成されている暗号化タグを特定し、特定したタグデータと対応付けられている暗号化データを抽出する。次に、データセンタ装置４０１は、抽出した暗号化データを検索クエリの送信元のアクセス端末装置３０１に送信する。
　データセンタ装置４０１で保管されている暗号化データが増えてくると、検索効率が低下し、暗号化データの検索速度が遅くなる。
　このような場合には、図４に示すように、暗号化データの保管を要求したアクセス端末装置３０１は、暗号化索引ビット列の一部のビット値をデータセンタ装置４０１に開示する。アクセス端末装置３０１は、１ビットずつ段階的にビット値を開示してもよいし、複数ビットずつ段階的にビット値を開示してもよい。また、アクセス端末装置３０１は、１度にすべてのビット値を開示してもよい。
　ビット値の開示は、具体的には、アクセス端末装置３０１は、暗号化索引ビット列の生成に用いられた索引鍵をデータセンタ装置４０１に送信することで行われる。なお、この索引鍵の送信は暗号化通信により行われる。
　データセンタ装置４０１は、アクセス端末装置３０１から送信された索引鍵を受信する。そして、データセンタ装置４０１は、受信した索引鍵を用いて暗号化索引ビット列の暗号化されているビット値の復号を行う。
　例えば、図２に示すように、暗号化データと対応付けられている暗号化索引ビット列の暗号化前の値（つまり、索引ビット列の値）が「０１１」であるとする。
　アクセス端末装置３０１が、最上位ビットのビット値を解除するための索引鍵をデータセンタ装置４０１に送信したと仮定する。
　データセンタ装置４０１は、受信した索引鍵を用いて、上記「０１１」の索引ビット列のうち、最上位ビットのビット値である「０」を得る。
　アクセス端末装置３０１は、図５に示すように、トラップドアと暗号化索引ビット列の最上位ビットのビット値である「０」を含む検索クエリをデータセンタ装置４０１に送信する。
　データセンタ装置４０１は、最上位ビットのビット値が「０」である暗号化索引ビット列に対応付けられている暗号化タグを選択し、選択した暗号化タグのみをトラップドアと照合する。
　更に検索効率が低下した場合には、アクセス端末装置３０１は、暗号化索引ビット列の下位のビット値をデータセンタ装置４０１に開示する。このようにすることで、検索効率が低下した場合にも、暗号化ビット列のビット値の開示により検索効率を改善することができる。
　本実施の形態では、索引ビット列は共通鍵方式で暗号化される。このため、データセンタ装置４０１は、高速に索引ビット列のビット値の復号を行うことができる。
　また、本実施の形態では、アクセス端末装置３０１は、索引ビット列の生成過程で確定的暗号方式による暗号化を行う。このため、暗号化索引ビット列の全てのビット値がデータセンタ装置４０１に開示された場合でも、データセンタ装置４０１にキーワードが漏洩するおそれがない。例えば、暗号鍵を用いずにキーワードにハッシュ演算を行って索引ビット列を生成する場合は、ハッシュ演算は誰でも実行できるため、索引ビット列を誰でも生成することができる。このため、手当り次第にキーワードのハッシュ値を計算することで、データセンタ装置４０１に保管されたハッシュ値と同じものが現れる可能性があり、その時索引ビット列の生成のもとになったキーワードを得ることができる。しかし、本実施の形態に係る索引ビット列は、確定的暗号方式の暗号が行われて生成された索引ビット列であるため、キーワードが漏洩する心配はない。
　以上が、本実施の形態に係る秘匿検索システム１００における動作の概要であり、以下では、アクセス端末装置３０１及びデータセンタ装置４０１の内部構成を説明する。
　図６は、アクセス端末装置３０１の機能構成例を示す。
　また、図１４は、アクセス端末装置３０１のハードウェア構成例を示す。
　図６に示すように、アクセス端末装置３０１は、データ暗号化部３０２、暗号化タグ生成部３０３、タグ付き暗号化データ生成部３０４、鍵管理部３０５、検索クエリ生成部３０６、データ復号部３０７、許可ビット位置指定部３０８、端末側データ送受信部３０９及び暗号化索引ビット列生成部３１０を備える。
　本実施の形態に係るアクセス端末装置３０１は、コンピュータである。
　図１４に示すように、アクセス端末装置３０１は、ハードウェアとして、プロセッサ９３１、補助記憶装置９３２、メモリ９３３、通信インタフェース９３４及び入出力インタフェース９３５を備える。
　補助記憶装置９３２には、データ暗号化部３０２、暗号化タグ生成部３０３、タグ付き暗号化データ生成部３０４、鍵管理部３０５、検索クエリ生成部３０６、データ復号部３０７、許可ビット位置指定部３０８、端末側データ送受信部３０９及び暗号化索引ビット列生成部３１０の機能を実現するプログラムが記憶されている。
　これらプログラムは補助記憶装置９３２からメモリ９３３にロードされる。
　そして、プロセッサ９３１がこれらプログラムを実行して、後述するデータ暗号化部３０２、暗号化タグ生成部３０３、タグ付き暗号化データ生成部３０４、鍵管理部３０５、検索クエリ生成部３０６、データ復号部３０７、許可ビット位置指定部３０８、端末側データ送受信部３０９及び暗号化索引ビット列生成部３１０の動作を行う。
　図１４では、プロセッサ９３１がデータ暗号化部３０２、暗号化タグ生成部３０３、タグ付き暗号化データ生成部３０４、鍵管理部３０５、検索クエリ生成部３０６、データ復号部３０７、許可ビット位置指定部３０８、端末側データ送受信部３０９及び暗号化索引ビット列生成部３１０の機能を実現するプログラムを実行している状態を模式的に表している。
　アクセス端末装置３０１が行う動作は、データ処理方法に相当する。また、データ暗号化部３０２、暗号化タグ生成部３０３、タグ付き暗号化データ生成部３０４、鍵管理部３０５、検索クエリ生成部３０６、データ復号部３０７、許可ビット位置指定部３０８、端末側データ送受信部３０９及び暗号化索引ビット列生成部３１０の機能を実現するプログラムは、データ処理プログラムに相当する。
　通信インタフェース９３４は、外部装置と通信を行う。
　入出力インタフェース９３５は、アクセス端末装置３０１のユーザからの指示を受け付け、また、アクセス端末装置３０１のユーザに情報を提示する。
　次に、図６に示すアクセス端末装置３０１の機能構成の詳細を説明する。
　データ暗号化部３０２は、ユーザ又はアプリケーションからデータセンタ装置４０１で保管する保管対象データを受領する。また、データ暗号化部３０２は、共通鍵暗号を用いて保管対象データを暗号化し、保管対象データの暗号化データを得る。
　データ暗号化部３０２が保管対象データの暗号化に用いる暗号鍵を以下では暗号鍵ｅｋａという。
　また、データ暗号化部３０２は、保管対象データから後で検索に利用されるキーワードを抽出する。また、データ暗号化部３０２は、ユーザからデータに関連付けるキーワードを受領してもよい。
　暗号化タグ生成部３０３は、データ暗号化部３０２で保管対象データに関連付けられたキーワードを乱数と暗号鍵を用いて暗号化して暗号化タグを生成する。
　暗号化タグ生成部３０３がキーワードの暗号化に用いる暗号鍵を以下では暗号鍵ｅｋｂという。
　暗号化索引ビット列生成部３１０は、保管対象データのキーワードに対して規定の演算を行って索引ビット列を生成する。
　また、暗号化索引ビット列生成部３１０は、索引鍵を用いて索引ビット列を暗号化する。
　本実施の形態では、暗号化索引ビット列生成部３１０は、索引ビット列の複数のビット値の各々を、異なる索引鍵を用いて暗号化する。例えば、索引ビット列が３ビットであれば、暗号化索引ビット列生成部３１０は、３つの索引鍵を用いる。
　暗号化索引ビット列生成部３１０が索引ビット列の暗号化に用いる索引鍵を以下では索引鍵ｉｋという。以下では、「ｉｋ」の後ろに索引鍵ｉｋが対応しているビット位置を表す数字を付加する。例えば、索引ビット列が３ビットであれば、最上位ビットのビット値の暗号化に用いられる索引鍵は索引鍵ｉｋ１と表記する。また、最下位ビットのビット値の暗号化に用いられる索引鍵は索引鍵ｉｋ３と表記する。なお、「ｉｋ」の後ろに数字が付加されない「索引鍵ｉｋ」との表記は、複数の索引鍵の全て又は複数の索引鍵のうちの一部の索引鍵を意味する。
　また、暗号化索引ビット列生成部３１０は、複数の暗号化データがデータセンタ装置４０１に保管される場合は、複数の暗号化データに対応させて複数の索引ビット列を生成する。そして、暗号化索引ビット列生成部３１０は、複数の暗号化データの複数の索引ビット列の暗号化に共通する索引鍵のセットを用いることができる。
　つまり、暗号化索引ビット列生成部３１０は、複数の索引ビット列の同じビット位置にあるビット値を同じ索引鍵を用いて暗号化する。例えば、全ての索引ビット列が３ビットであれば、暗号化索引ビット列生成部３１０は、全ての索引ビット列の最上位ビットのビット値を索引鍵ｉｋ１を用いて暗号化する。また、暗号化索引ビット列生成部３１０は、全ての索引ビット列の最下位ビットのビット値を索引鍵ｉｋ３を用いて暗号化する。
　このようにすることで、後述する許可ビット位置指定部３０８が索引鍵ｉｋ１をデータセンタ装置４０１に送信するのみで、複数の暗号化データの複数の暗号化索引ビット列の最上位ビットのビット値を開示することができる。
　なお、暗号化索引ビット列生成部３１０は、複数の索引ビット列の暗号化にそれぞれ異なる索引鍵のセットを用いてもよい。
　また、本実施の形態では、暗号化索引ビット列生成部３１０は、索引ビット列の複数のビット値の各々を、異なる索引鍵を用いて暗号化するが、暗号化索引ビット列生成部３１０は、索引ビット列の複数のビット値を、索引ビット列のビット数よりも少ない個数の索引鍵を用いて暗号化してもよい。具体的には、索引ビット列が３ビットであれば、暗号化索引ビット列生成部３１０は、１つ又は２つの索引鍵を用いるようにしてもよい。
　また、暗号化索引ビット列生成部３１０は、後述する許可ビット位置以外のビット位置にある暗号化されたビット値は、許可ビット位置のビット値の暗号化に用いられた索引鍵では復号されない暗号化方式にて、索引ビット列の複数のビット値を暗号化する。
　暗号化索引ビット列生成部３１０は、索引ビット列生成部及び索引ビット列暗号化部に相当する。また、暗号化索引ビット列生成部３１０により行われる処理は、索引ビット列生成処理及び索引ビット列暗号化処理に相当する。
　タグ付き暗号化データ生成部３０４は、データ暗号化部３０２で生成された暗号化データと、暗号化タグ生成部３０３で生成された暗号化タグと、暗号化索引ビット列生成部３１０で生成された暗号化索引ビット列を結合してタグ付き暗号化データを生成する。
　そして、タグ付き暗号化データ生成部３０４は、タグ付き暗号化データを端末側データ送受信部３０９に出力する。
　鍵管理部３０５は、暗号鍵ｅｋａ及び暗号鍵ｅｋｂを管理する。
　より具体的には、鍵管理部３０５は、鍵管理サーバ装置２０１で生成された暗号鍵ｅｋａ及び暗号鍵ｅｋｂを補助記憶装置９３２に格納する。
　また、鍵管理部３０５は、暗号鍵ｅｋａ又は暗号鍵ｅｋｂから複数の索引鍵ｉｋ（ｉｋ１，ｉｋ２，ｉｋ３…）を生成し、生成した複数の索引鍵ｉｋを補助記憶装置９３２に格納する。鍵管理部３０５は複数の索引鍵ｉｋを補助記憶装置９３２に格納する代わりに、索引鍵ｉｋが必要になる度に、暗号鍵ｅｋａ又は暗号鍵ｅｋｂから生成してもよい。
　また、鍵管理部３０５は、鍵管理サーバ装置２０１で暗号鍵ｅｋａと暗号鍵ｅｋｂとは独立に生成された索引鍵ｉｋを補助記憶装置９３２に格納するようにしてもよい。
　また、鍵管理部３０５は、検索クエリ生成部３０６の検索クエリの生成のために暗号鍵ｅｋｂを出力する。
　また、鍵管理部３０５は、データ復号部３０７の暗号化データの復号のためにデータ復号部３０７に暗号鍵ｅｋａを出力する。
　また、鍵管理部３０５は、暗号化索引ビット列内の特定のビット値の開示のために、開示対象のビット値に対応する索引鍵ｉｋを許可ビット位置指定部３０８に出力する。
　検索クエリ生成部３０６は、ユーザから指定された検索キーワードを暗号鍵ｅｋｂで暗号化してトラップドアを生成する。そして、検索クエリ生成部３０６は、トラップドアが含まれる検索クエリを生成し、検索クエリを端末側データ送受信部３０９に出力する。
　また、開示済みビット値が存在する場合は、検索クエリ生成部３０６は、トラップドアと開示済みビット値とが含まれる検索クエリを生成し、検索クエリを端末側データ送受信部３０９に出力する。
　なお、開示済みビット値が存在する場合は、検索クエリ生成部３０６は、暗号化索引ビット列生成部３１０を用いて検索キーワードの暗号化索引ビット列を生成し、トラップドアと前記暗号化索引ビット列とが含まれる検索クエリを生成し、検索クエリを端末側データ送受信部３０９に出力するようにしてもよい。この場合、データセンタ装置４０１は、既に開示された索引鍵ｉｋを使って、前記暗号化索引ビット列から開示済みビット値を取得することができる。
　データ復号部３０７は、データセンタ装置４０１から受信された暗号化データを、暗号鍵ｅｋａを用いて復号する。
　許可ビット位置指定部３０８は、許可ビット位置を指定する。
　許可ビット位置は、暗号化索引ビット列の複数のビット位置のうち暗号化を解除してビット値を開示するビット位置である。
　許可ビット位置指定部３０８は、ユーザからの指示に従って許可ビット位置を指定してもよいし、既定のアルゴリズムに従って許可ビット位置を指定してもよい。許可ビット位置指定部３０８は、１ビットずつ段階的に許可ビット位置を指定してもよいし、１度に２ビット以上を許可ビット位置に指定してもよい。また、許可ビット位置指定部３０８は、１度に暗号化索引ビット列の全ビットを許可ビット位置に指定してもよい。許可ビット位置指定部３０８は段階的に許可ビット位置を指定する場合は最上位ビットから順に許可ビット位置を指定する。
　許可ビット位置指定部３０８は、許可ビット位置に対応する索引鍵ｉｋを鍵管理部３０５から取得する。つまり、許可ビット位置指定部３０８は、許可ビット位置のビット値の暗号化に用いられた索引鍵ｉｋを鍵管理部３０５から取得する。そして、取得した索引鍵ｉｋを端末側データ送受信部３０９に出力する。
　端末側データ送受信部３０９は、鍵管理サーバ装置２０１から暗号鍵ｅｋａ及び暗号鍵ｅｋｂを受信する。端末側データ送受信部３０９は、鍵管理サーバ装置２０１から複数の索引鍵ｉｋを受信する場合もある。
　また、端末側データ送受信部３０９は、タグ付き暗号化データをデータセンタ装置４０１に送信する。
　また、端末側データ送受信部３０９は、検索結果である暗号化データをデータセンタ装置４０１から受信する。
　また、端末側データ送受信部３０９は、許可ビット位置のビット値の開示のために、データセンタ装置４０１に索引鍵ｉｋを送信する。
　端末側データ送受信部３０９は送信部に相当する。また、端末側データ送受信部３０９で行われる処理は送信処理に相当する。
　図７は、データセンタ装置４０１の機能構成例を示す。
　図１５は、データセンタ装置４０１のハードウェア構成例を示す。
　図７に示すように、データセンタ装置４０１は、センタ側データ送受信部４０２、保管要求処理部４０３、データ記憶部４０４、開示ビット値復号部４０５、検索処理部４０６を備える。
　本実施の形態に係るデータセンタ装置４０１は、コンピュータである。
　図１５に示すように、データセンタ装置４０１は、ハードウェアとして、プロセッサ９４１、補助記憶装置９４２、メモリ９４３、通信インタフェース９４４及び入出力インタフェース９４５を備える。
　補助記憶装置９４２には、センタ側データ送受信部４０２、保管要求処理部４０３、開示ビット値復号部４０５及び検索処理部４０６の機能を実現するプログラムが記憶されている。
　これらプログラムは記憶装置９４２からメモリ９４３にロードされる。
　そして、プロセッサ９４１がこれらプログラムを実行して、後述するセンタ側データ送受信部４０２、保管要求処理部４０３、開示ビット値復号部４０５及び検索処理部４０６の動作を行う。
　図１４では、プロセッサ９４１がセンタ側データ送受信部４０２、保管要求処理部４０３、開示ビット値復号部４０５及び検索処理部４０６の機能を実現するプログラムを実行している状態を模式的に表している。
　データ記憶部４０４は補助記憶装置９４２により実現される。
　通信インタフェース９４４は、外部装置と通信を行う。
　入出力インタフェース９４５は、データセンタ装置４０１のユーザからの指示を受け付け、また、データセンタ装置４０１のユーザに情報を提示する。
　次に、図７に示すデータセンタ装置４０１の機能構成の詳細を説明する。
　センタ側データ送受信部４０２は、アクセス端末装置３０１からタグ付き暗号化データを受信する。
　また、センタ側データ送受信部４０２は、アクセス端末装置３０１から検索クエリを受信し、その応答として暗号化データを送信する。
　また、センタ側データ送受信部４０２は、アクセス端末装置３０１から索引鍵ｉｋを受信する。
　保管要求処理部４０３は、受信したタグ付き暗号化データを解析し、タグ付き暗号化データを暗号化データと暗号化タグと暗号化索引ビット列に分解する。そして、保管要求処理部４０３は、暗号化データと暗号化タグと暗号化索引ビット列を相互に対応付けてデータ記憶部４０４に格納する。
　データ記憶部４０４は、暗号化データと暗号化タグと暗号化索引ビット列を相互に対応付けて記憶する。
　開示ビット値復号部４０５は、受信した索引鍵ｉｋを用いて、暗号化索引ビット列の許可ビット位置のビット値の復号を行う。
　検索処理部４０６は、アクセス端末装置３０１から受信した検索クエリと、データ記憶部４０４内の暗号化タグとの照合処理を行う。
　検索処理部４０６は、この照合処理によって、タグに含まれるキーワードと、検索クエリに含まれるキーワードが一致するかどうかを判定する。
　その後、検索処理部４０６は、検索にヒットしたタグと関連付けられた暗号化データをデータ記憶部４０４から取得する。そして、検索処理部４０６は、取得した暗号化データをセンタ側データ送受信部４０２を介してアクセス端末装置３０１に返送する。
＊＊＊動作の説明＊＊＊
　次に、図８に基づき、アクセス端末装置３０１でのデータの暗号化処理を説明する。
　最初に、ステップＳ８０１において、データ暗号化部３０２は、ユーザから保管対象データを受け取り、保管対象データと関連付けるキーワードを決定する。
　データ暗号化部３０２が保管対象データからキーワードを抽出してもよいし、ユーザがキーワードを指定してもよい。
　また、１つのキーワードが保管対象データに関連付けられてもよいし、複数のキーワードが保管対象データに関連付けられてもよい。以下では、説明の簡明のために、１つのキーワードが保管対象データに関連付けられるものとする。
　次に、ステップＳ８０２において、データ暗号化部３０２は、保管対象データを暗号化して暗号化データを生成する。
　より具体的には、データ暗号化部３０２は、鍵管理部３０５から暗号鍵ｅｋａを取得し、暗号鍵ｅｋａを用いて保管対象データを暗号化する。
　データ暗号化部３０２は、キーワードを暗号化タグ生成部３０３に出力する。また、データ暗号化部３０２は、暗号化データをタグ付き暗号化データ生成部３０４に出力する。
　次に、ステップＳ８０３において、暗号化タグ生成部３０３は、暗号化タグを生成する。
　より具体的には、暗号化タグ生成部３０３は、鍵管理部３０５から暗号鍵ｅｋｂを取得し、キーワードを乱数と暗号鍵ｅｋｂを用いて暗号化して暗号化タグを生成する。
　暗号化タグ生成部３０３は、キーワードを暗号化索引ビット列生成部３１０に出力する。また、暗号化タグ生成部３０３は、暗号化タグをタグ付き暗号化データ生成部３０４に出力する。
　次に、ステップＳ８０４において、暗号化索引ビット列生成部３１０がキーワードに対して規定の演算を行って索引ビット列を生成する。
　暗号化索引ビット列生成部３１０は、例えば、キーワードに対してハッシュ演算を行って索引ビット列を生成する。また、暗号化索引ビット列生成部３１０は、ハッシュ演算に加えて確定的暗号方式による暗号化を行って索引ビット列を生成してもよい。
　次に、ステップＳ８０５において、暗号化索引ビット列生成部３１０が索引ビット列を暗号化して暗号化索引ビット列を生成する。
　より具体的には、暗号化索引ビット列生成部３１０は、鍵管理部３０５から共通鍵方式の索引鍵ｉｋを取得し、索引鍵ｉｋを用いて索引ビット列を暗号化する。
　暗号化索引ビット列生成部３１０は、暗号化索引ビット列をタグ付き暗号化データ生成部３０４に出力する。
　次に、ステップＳ８０６において、タグ付き暗号化データ生成部３０４が、暗号化データと暗号化タグと暗号化索引ビット列とを結合してタグ付き暗号化データを生成する。
　タグ付き暗号化データ生成部３０４は、生成したタグ付き暗号化データを端末側データ送受信部３０９に出力する。
　次に、ステップＳ８０７において、端末側データ送受信部３０９が、タグ付き暗号化データをデータセンタ装置４０１に送信する。
　次に、図１１に基づき、データセンタ装置４０１における暗号化データの保管処理を説明する。
　まず、センタ側データ送受信部４０２がタグ付き暗号化データを受信すると（ステップＳ１１０１でＹＥＳ）、ステップＳ１１０２において、保管要求処理部４０３が、タグ付き暗号化データを暗号化データと暗号化タグと暗号化索引ビット列に分解する。
　そして、ステップＳ１１０３において、保管要求処理部４０３が、暗号化データと暗号化タグと暗号化索引ビット列とを相互に対応付けてデータ記憶部４０４に格納する。
　次に、図９に基づき、アクセス端末装置３０１での検索要求処理について説明する。
　はじめにステップＳ９０１において、検索クエリ生成部３０６が、アクセス端末装置３０１を操作するユーザから、検索キーワードを取得する。
　次に、ステップＳ９０２において、検索クエリ生成部３０６は、検索キーワードを暗号化して、検索クエリ生成する。
　より具体的には、検索クエリ生成部３０６は、鍵管理部３０５から暗号鍵ｅｋｂを取得し、暗号鍵ｅｋｂを用いて検索キーワードを暗号化する。そして、検索クエリ生成部３０６は、暗号化により得られたトラップドアが含まれる検索クエリを生成する。
　次に、ステップＳ９０３において、検索クエリ生成部３０６は、索引ビット列のいずれかのビット値が開示済みであるか否かを判定する。
　索引ビット列のいずれかのビット値が開示済みであれば（ステップＳ９０３でＹＥＳ）は、ステップＳ９０４において、検索クエリ生成部３０６は、開示済みビット値を検索クエリに追加する。
　次に、ステップＳ９０５にて、端末側データ送受信部３０９が検索クエリをデータセンタ装置４０１に送信する。
　次に、ステップＳ９０６にて、端末側データ送受信部３０９が検索結果を受信した場合に（ステップＳ９０６でＹＥＳ）、データ復号部３０７が、鍵管理部３０５から暗号鍵ｅｋａを取得し、検索結果に含まれる暗号化データを暗号鍵ｅｋａを用いて復号する（ステップＳ９０７）。
　次に、図１２に基づき、データセンタ装置４０１での暗号化データ検索処理を説明する。
　センタ側データ送受信部４０２が検索クエリを受信すると（ステップＳ１２０１でＹＥＳ）、ステップＳ１２０２において、検索処理部４０６が、検索クエリに開示済みビット値が含まれているか否かを判定する。
　検索クエリに開示済みビット値が含まれていない場合（ステップＳ１２０２でＮＯ）は、ステップＳ１２０４において、検索処理部４０６は、トラップドアを用いた検索を行う。つまり、検索処理部４０６は、トラップドアを暗号化タグと照合する。そして、検索処理部４０６は、トラップドアの生成に用いられたキーワードと同じキーワードで生成されている暗号化タグを特定し、特定したタグデータと対応付けられている暗号化データを抽出する。
　一方、検索クエリに開示済みビット値が含まれている場合（ステップＳ１２０２でＹＥＳ）は、ステップＳ１２０３において、検索処理部４０６は、検索クエリに含まれる開示済みビット値と同じビット値が含まれる暗号化索引ビット列に対応付けられた暗号化タグに限定してトラップドアを用いた検索を行う。
　最後に、センタ側データ送受信部４０２が、検索処理部４０６により抽出された暗号化データを検索クエリの送信元のアクセス端末装置３０１に送信する。
　次に、図１０に基づき、アクセス端末装置３０１での索引ビット値開示処理を説明する。
　まず、ステップＳ１００１において、許可ビット位置指定部３０８が許可ビット位置を指定する。
　例えば、データセンタ装置４０１における検索効率が閾値以下になった場合に、許可ビット位置指定部３０８は許可ビット位置を指定する。前述したように、許可ビット位置指定部３０８は、ユーザからの指示に従って許可ビット位置を指定してもよいし、既定のアルゴリズムに従って許可ビット位置を指定してもよい。許可ビット位置指定部３０８は、１ビットずつ段階的に許可ビット位置を指定してもよいし、１度に２ビット以上を許可ビット位置に指定してもよい。
　次に、ステップＳ１００２において、許可ビット位置指定部３０８は、許可ビット位置のビット値の暗号化に用いられた索引鍵ｉｋを鍵管理部３０５から取得する。
　許可ビット位置指定部３０８は鍵管理部３０５から取得した索引鍵ｉｋを許可ビット位置の情報とともに端末側データ送受信部３０９に出力する。
　次に、ステップＳ１００３において、端末側データ送受信部３０９が索引鍵ｉｋを許可ビット位置の情報とともにデータセンタ装置４０１に送信する。
　次に、図１３に基づき、データセンタ装置４０１における暗号化索引ビット列のビット値の復号処理を説明する。
　センタ側データ送受信部４０２が索引鍵ｉｋを受信した場合（ステップＳ１３０１でＹＥＳ）に、ステップＳ１３０２にて、開示ビット値復号部４０５が索引鍵ｉｋを用いて暗号化索引ビット列内の対応するビット値の復号を行う。
　なお、暗号化開示ビット列内のいずれかのビット値の開示後に新たな暗号化データがデータセンタ装置４０１に登録された場合は、新たな暗号化データの登録時には、新たな暗号化データに対応する暗号化索引ビット列の全てのビット値は暗号化されている。アクセス端末装置３０１は、新たな暗号化データ対応する暗号化索引ビット列についても、対応するビット位置の索引鍵をデータセンタ装置４０１に送信し、データセンタ装置４０１は、暗号化索引ビット列内の対応するビット位置の復号を行う。
＊＊＊実施の形態の効果の説明＊＊＊
　本実施の形態では、アクセス端末装置３０１は、共通鍵方式の索引鍵を用いて索引ビット列を暗号化する。このため、本実施の形態によれば、アクセス端末装置３０１は、索引ビット列の復号処理を高速化することができ、この結果、検索処理を高速化することができる。
　本実施の形態では、アクセス端末装置３０１は、共通鍵方式の索引鍵を用いて索引ビット列を暗号化する。このため、本実施の形態によれば、開示前の暗号化索引ビット列からは何も情報が漏れない。
　本実施の形態では、アクセス端末装置３０１は、ハッシュ演算に加えて確定的暗号方式による暗号化を行って索引ビット列を生成する。このため、本実施の形態によれば、索引ビット列の全てのビット値が開示されてもキーワードが類推されるおそれが少ない。
＊＊＊ハードウェア構成の説明＊＊＊
　最後に、本実施の形態に係るアクセス端末装置３０１及びデータセンタ装置４０１のハードウェア構成例の補足説明を行う。
　図１４及び図１５に示すプロセッサ９３１及びプロセッサ９４１は、プロセッシングを行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。
　プロセッサ９３１及びプロセッサ９４１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等である。
　図１４及び図１５に示す補助記憶装置９３２及び補助記憶装置９４２は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）等である。
　図１４及び図１５に示すメモリ９３３及びメモリ９４３は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）である。
　図１４及び図１５に示す通信インタフェース９３４及び通信インタフェース９４４は、データの通信処理を実行する電子回路である。
　通信インタフェース９３４及び通信インタフェース９４４は、例えば、通信チップ又はＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｃａｒｄ）である。
　図１４及び図１５に示す入出力インタフェース９３５及び入出力インタフェース９４５は、例えば、マウス、キーボード、ディスプレイ等である。
　また、補助記憶装置９３２には、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）も記憶されている。
　そして、ＯＳの少なくとも一部がプロセッサ９３１により実行される。
　プロセッサ９３１はＯＳの少なくとも一部を実行しながら、データ暗号化部３０２、暗号化タグ生成部３０３、タグ付き暗号化データ生成部３０４、鍵管理部３０５、検索クエリ生成部３０６、データ復号部３０７、許可ビット位置指定部３０８、端末側データ送受信部３０９及び暗号化索引ビット列生成部３１０の機能を実現するプログラムを実行する。
　プロセッサ９３１がＯＳを実行することで、タスク管理、メモリ管理、ファイル管理、通信制御等が行われる。
　また、データ暗号化部３０２、暗号化タグ生成部３０３、タグ付き暗号化データ生成部３０４、鍵管理部３０５、検索クエリ生成部３０６、データ復号部３０７、許可ビット位置指定部３０８、端末側データ送受信部３０９及び暗号化索引ビット列生成部３１０の処理の結果を示す情報、データ、信号値及び変数値の少なくともいずれかが、補助記憶装置９３２、メモリ９３３、プロセッサ９３１内のレジスタ及びキャッシュメモリの少なくともいずれかに記憶される。
　また、データ暗号化部３０２、暗号化タグ生成部３０３、タグ付き暗号化データ生成部３０４、鍵管理部３０５、検索クエリ生成部３０６、データ復号部３０７、許可ビット位置指定部３０８、端末側データ送受信部３０９及び暗号化索引ビット列生成部３１０の機能を実現するプログラムは、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ（登録商標）ディスク、ＤＶＤ等の可搬記憶媒体に記憶されてもよい。
　また、補助記憶装置９４２には、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）も記憶されている。
　そして、ＯＳの少なくとも一部がプロセッサ９４１により実行される。
　プロセッサ９４１はＯＳの少なくとも一部を実行しながら、センタ側データ送受信部４０２、保管要求処理部４０３、開示ビット値復号部４０５及び検索処理部４０６の機能を実現するプログラムを実行する。
　プロセッサ９４１がＯＳを実行することで、タスク管理、メモリ管理、ファイル管理、通信制御等が行われる。
　また、センタ側データ送受信部４０２、保管要求処理部４０３、開示ビット値復号部４０５及び検索処理部４０６の処理の結果を示す情報、データ、信号値及び変数値の少なくともいずれかが、補助記憶装置９４２、メモリ９４３、プロセッサ９４１内のレジスタ及びキャッシュメモリの少なくともいずれかに記憶される。
　また、センタ側データ送受信部４０２、保管要求処理部４０３、開示ビット値復号部４０５及び検索処理部４０６の機能を実現するプログラムは、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ（登録商標）ディスク、ＤＶＤ等の可搬記憶媒体に記憶されてもよい。
　また、データ暗号化部３０２、暗号化タグ生成部３０３、タグ付き暗号化データ生成部３０４、鍵管理部３０５、検索クエリ生成部３０６、データ復号部３０７、許可ビット位置指定部３０８、端末側データ送受信部３０９及び暗号化索引ビット列生成部３１０の「部」を、「回路」又は「工程」又は「手順」又は「処理」に読み替えてもよい。同様に、センタ側データ送受信部４０２、保管要求処理部４０３、開示ビット値復号部４０５及び検索処理部４０６の「部」を、「回路」又は「工程」又は「手順」又は「処理」に読み替えてもよい。
　また、アクセス端末装置３０１及びデータセンタ装置４０１は、処理回路により実現されてもよい。処理回路は、例えば、ロジックＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＧＡ（Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）である。
　この場合は、データ暗号化部３０２、暗号化タグ生成部３０３、タグ付き暗号化データ生成部３０４、鍵管理部３０５、検索クエリ生成部３０６、データ復号部３０７、許可ビット位置指定部３０８、端末側データ送受信部３０９及び暗号化索引ビット列生成部３１０は、それぞれ処理回路の一部として実現される。また、センタ側データ送受信部４０２、保管要求処理部４０３、開示ビット値復号部４０５及び検索処理部４０６も、それぞれ処理回路の一部として実現される。
　なお、本明細書では、プロセッサと、メモリと、プロセッサとメモリの組合せと、処理回路との上位概念を、「プロセッシングサーキットリー」という。
　つまり、プロセッサと、メモリと、プロセッサとメモリの組合せと、処理回路とは、それぞれ「プロセッシングサーキットリー」の具体例である。
　１００　秘匿検索システム、１０１　ネットワーク、１０２　ＬＡＮ、２０１　鍵管理サーバ装置、３０１　アクセス端末装置、３０２　データ暗号化部、３０３　暗号化タグ生成部、３０４　タグ付き暗号化データ生成部、３０５　鍵管理部、３０６　検索クエリ生成部、３０７　データ復号部、３０８　許可ビット位置指定部、３０９　端末側データ送受信部、３１０　暗号化索引ビット列生成部、４０１　データセンタ装置、４０２　センタ側データ送受信部、４０３　保管要求処理部、４０４　データ記憶部、４０５　開示ビット値復号部、４０６　検索処理部。

Claims (10)

  1. 　データ保管装置で保管される暗号化データの検索の際に索引として用いられるビット列を、前記暗号化データに関連付けて、索引ビット列として生成する索引ビット列生成部と、
    　前記索引ビット列の複数のビット値を、共通鍵方式の索引鍵を用いて暗号化する索引ビット列暗号化部と、
    　前記索引ビット列暗号化部により前記複数のビット値が暗号化された後の前記索引ビット列である暗号化索引ビット列と、前記暗号化データとを前記データ保管装置に送信する送信部とを有するデータ処理装置。
  2. 　前記索引ビット列生成部は、
    　前記索引ビット列の生成過程において確定的暗号方式による暗号化を行って前記索引ビット列を生成する請求項１に記載のデータ処理装置。
  3. 　前記索引ビット列暗号化部は、
    　前記索引ビット列の前記複数のビット値の各々を、異なる索引鍵を用いて暗号化する請求項１に記載のデータ処理装置。
  4. 　前記索引ビット列暗号化部は、
    　前記索引ビット列の前記複数のビット値を、前記索引ビット列のビット数よりも少ない個数の索引鍵を用いて暗号化する請求項１に記載のデータ処理装置。
  5. 　前記索引ビット列生成部は、
    　複数の暗号化データに関連付けて、複数の索引ビット列を生成し、
    　前記索引ビット列暗号化部は、
    　前記複数の索引ビット列の同じビット位置にあるビット値を同じ索引鍵を用いて暗号化する請求項１に記載のデータ処理装置。
  6. 　前記送信部は、
    　前記暗号化索引ビット列と、前記暗号化データと、前記暗号化データの検索の際に照合される暗号化されたタグである暗号化タグとを前記データ保管装置に送信する請求項１に記載のデータ処理装置。
  7. 　前記索引ビット列暗号化部は、
    　前記索引ビット列の複数のビット位置のうちビット値の開示が許可されるビット位置である許可ビット位置以外のビット位置にある暗号化されたビット値は、前記許可ビット位置のビット値の暗号化に用いられた索引鍵では復号されない暗号化方式にて、前記索引ビット列の前記複数のビット値を暗号化する請求項１に記載のデータ処理装置。
  8. 　前記データ処理装置は、更に、
    　前記送信部により前記データ保管装置に前記暗号化索引ビット列が送信され後に、前記許可ビット位置を指定する許可ビット位置指定部を有し、
    　前記送信部は、
    　前記許可ビット位置指定部により前記許可ビット位置が指定された後に、前記許可ビット位置のビット値の暗号化に用いられた索引鍵を前記データ保管装置に送信する請求項７に記載のデータ処理装置。
  9. 　コンピュータが、データ保管装置で保管される暗号化データの検索の際に索引として用いられるビット列を、前記暗号化データに関連付けて、索引ビット列として生成し、
    　前記コンピュータが、前記索引ビット列の複数のビット値を、共通鍵方式の索引鍵を用いて暗号化し、
    　前記コンピュータが、前記複数のビット値が暗号化された後の前記索引ビット列である暗号化索引ビット列と、前記暗号化データとを前記データ保管装置に送信するデータ処理方法。
  10. 　データ保管装置で保管される暗号化データの検索の際に索引として用いられるビット列を、前記暗号化データに関連付けて、索引ビット列として生成する索引ビット列生成処理と、
    　前記索引ビット列の複数のビット値を、共通鍵方式の索引鍵を用いて暗号化する索引ビット列暗号化処理と、
    　前記索引ビット列暗号化処理により前記複数のビット値が暗号化された後の前記索引ビット列である暗号化索引ビット列と、前記暗号化データとを前記データ保管装置に送信する送信処理とをコンピュータに実行させるデータ処理プログラム。
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