密碼技術(shù)應(yīng)用與實(shí)踐 課件 5-2基因疾病同態(tài)密文檢測(cè)系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

基因疾病同態(tài)密文檢測(cè)系統(tǒng)采用部分同態(tài)加密(SomewhatHomomorphicEncryption)算法，對(duì)基因變異數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行加密，并存放在商業(yè)云服務(wù)器端。當(dāng)用戶需要對(duì)患者進(jìn)行基因疾病檢測(cè)時(shí)，采用同態(tài)加密算法對(duì)患者的特定位置基因數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，然后將密文計(jì)算外包給云，由云來(lái)完成在基因數(shù)據(jù)庫(kù)中的密態(tài)查詢，最后將密文結(jié)果返回給用戶，由用戶來(lái)解密密文數(shù)據(jù)獲得數(shù)據(jù)庫(kù)中特定位置處的堿基信息，用戶對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)中的堿基和患者堿基，從而判斷患者是否患有該基因疾病?；驍?shù)據(jù)擁有者：基因數(shù)據(jù)擁有者對(duì)基因數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行同態(tài)加密，并將密文數(shù)據(jù)庫(kù)上傳到商業(yè)云服務(wù)器。用戶端功能：用戶對(duì)患者特定位置的基因進(jìn)行同態(tài)加密，并完成密文的上傳工作；對(duì)云端返回的查詢結(jié)果密文進(jìn)行解密，得到基因檢測(cè)的相關(guān)信息，判斷患者是否患有基因疾病。云端功能：接收用戶上傳的基因詢問(wèn)密文，接收基因數(shù)據(jù)擁有者上傳的基因變異密文數(shù)據(jù)庫(kù)；對(duì)兩者進(jìn)行同態(tài)計(jì)算操作，完成在密文數(shù)據(jù)庫(kù)中的查詢；并將計(jì)算得到的密文結(jié)果返回給用戶。設(shè)計(jì)方案02/項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)03/基礎(chǔ)知識(shí)01/目錄系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果04/1.基礎(chǔ)知識(shí)基因疾病安全匹配挑戰(zhàn)2.設(shè)計(jì)方案2.1實(shí)現(xiàn)原理系統(tǒng)由基因數(shù)據(jù)擁有者、用戶端和服務(wù)器端3個(gè)部分組成?；驍?shù)據(jù)擁有者主要提供基因數(shù)據(jù)庫(kù)加密，并將密文上傳到商業(yè)云服務(wù)器的功能。用戶端主要為用戶提供基因數(shù)據(jù)的上傳、密文數(shù)據(jù)解密、基因疾病判定的功能。服務(wù)器端是半可信的，主要完成基因詢問(wèn)密文與密文基因數(shù)據(jù)庫(kù)的密態(tài)計(jì)算，并將密文結(jié)果反饋到用戶端。2.設(shè)計(jì)方案2.1實(shí)現(xiàn)原理基因疾病檢測(cè)系統(tǒng)的操作流程2.2實(shí)現(xiàn)步驟（1）數(shù)據(jù)庫(kù)加密（2）詢問(wèn)加密（3）計(jì)算階段（4）解密階段2.設(shè)計(jì)方案3.1開發(fā)環(huán)境及插件本項(xiàng)目使用Qt作為開發(fā)環(huán)境，它是跨平臺(tái)的圖形開發(fā)庫(kù)。3.項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)3.2代碼結(jié)構(gòu)及安裝插件代碼共包含5個(gè)部分，其中QQ_client與research為用戶端和科研機(jī)構(gòu)端，QQ_server為云端。運(yùn)行該項(xiàng)目軟件需要兩種插件：libidash2016.a、fftw-3.3.5-dll32(文件夾)。這里在C盤新建一個(gè)QTWORK文件夾，并將libidash2016.a拷貝至該文件夾內(nèi)。將fftw-3.3.5-dll32文件夾直接復(fù)制到C盤。3.項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)3.3客戶端實(shí)現(xiàn)1)項(xiàng)目工程文件：在QQ_文件中，主要為整體項(xiàng)目工程文件，包含資源文件、頭文件、窗體文件和.cpp文件；2)登錄窗體模塊：登錄窗體與服務(wù)端進(jìn)行通信，主要用于用戶的注冊(cè)和登錄信息判斷；3)檢測(cè)系統(tǒng)窗體模塊：當(dāng)用戶登錄成功后，會(huì)進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)主窗體。3.項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)3.3服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)1)監(jiān)聽用戶狀態(tài)，在服務(wù)端窗體左上角會(huì)顯示在線/離線狀態(tài)的用戶情況；2)開始監(jiān)聽，服務(wù)端開始監(jiān)聽默認(rèn)為8888的端口，并與用戶端進(jìn)行基因檢測(cè)和處理圖表等交互；3)處理數(shù)據(jù)，在上述監(jiān)聽完成后會(huì)處理用戶數(shù)據(jù)并進(jìn)行分發(fā)。3.項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)3.4運(yùn)行結(jié)果注冊(cè)用戶登錄以后，將患者的待檢測(cè)基因數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)用戶端對(duì)話框內(nèi)的相應(yīng)位置；點(diǎn)擊發(fā)送按鈕，將該基因條目的密文發(fā)送給云端；由云端完成與密文數(shù)據(jù)庫(kù)的計(jì)算；用戶端接收云端返回的密文結(jié)果，點(diǎn)擊驗(yàn)證按鈕，可以得到匹配結(jié)果。3.項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)4系統(tǒng)測(cè)試基因疾病同態(tài)密文檢測(cè)系統(tǒng)的時(shí)間開銷（ms）數(shù)據(jù)庫(kù)中條目的個(gè)數(shù)詢問(wèn)加密數(shù)據(jù)庫(kù)加密密態(tài)計(jì)算解密4282225128110K211246341100K20857324714系統(tǒng)測(cè)試基因疾病同態(tài)密文檢測(cè)系統(tǒng)的存儲(chǔ)開銷數(shù)據(jù)庫(kù)中條目的個(gè)數(shù)詢問(wèn)密文(KB)密文數(shù)據(jù)庫(kù)(MB)反饋密文(MB)428160KB4110K160KB235.6100K160KB9924.7總結(jié)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了基因數(shù)據(jù)安全檢測(cè)的算法，編寫程序進(jìn)行了具體實(shí)現(xiàn)，并搭建了三方參與的實(shí)