密码技术应用与实践 课件 5-2基因疾病同态密文检测系统研究与实现

基因疾病同态密文检测系统采用部分同态加密(SomewhatHomomorphicEncryption)算法，对基因变异数据库进行加密，并存放在商业云服务器端。当用户需要对患者进行基因疾病检测时，采用同态加密算法对患者的特定位置基因数据进行加密，然后将密文计算外包给云，由云来完成在基因数据库中的密态查询，最后将密文结果返回给用户，由用户来解密密文数据获得数据库中特定位置处的碱基信息，用户对比数据库中的碱基和患者碱基，从而判断患者是否患有该基因疾病。基因数据拥有者：基因数据拥有者对基因数据库进行同态加密，并将密文数据库上传到商业云服务器。用户端功能：用户对患者特定位置的基因进行同态加密，并完成密文的上传工作；对云端返回的查询结果密文进行解密，得到基因检测的相关信息，判断患者是否患有基因疾病。云端功能：接收用户上传的基因询问密文，接收基因数据拥有者上传的基因变异密文数据库；对两者进行同态计算操作，完成在密文数据库中的查询；并将计算得到的密文结果返回给用户。设计方案02/项目实现03/基础知识01/目录系统测试与结果04/1.基础知识基因疾病安全匹配挑战2.设计方案2.1实现原理系统由基因数据拥有者、用户端和服务器端3个部分组成。基因数据拥有者主要提供基因数据库加密，并将密文上传到商业云服务器的功能。用户端主要为用户提供基因数据的上传、密文数据解密、基因疾病判定的功能。服务器端是半可信的，主要完成基因询问密文与密文基因数据库的密态计算，并将密文结果反馈到用户端。2.设计方案2.1实现原理基因疾病检测系统的操作流程2.2实现步骤（1）数据库加密（2）询问加密（3）计算阶段（4）解密阶段2.设计方案3.1开发环境及插件本项目使用Qt作为开发环境，它是跨平台的图形开发库。3.项目实现3.2代码结构及安装插件代码共包含5个部分，其中QQ_client与research为用户端和科研机构端，QQ_server为云端。运行该项目软件需要两种插件：libidash2016.a、fftw-3.3.5-dll32(文件夹)。这里在C盘新建一个QTWORK文件夹，并将libidash2016.a拷贝至该文件夹内。将fftw-3.3.5-dll32文件夹直接复制到C盘。3.项目实现3.3客户端实现1)项目工程文件：在QQ_文件中，主要为整体项目工程文件，包含资源文件、头文件、窗体文件和.cpp文件；2)登录窗体模块：登录窗体与服务端进行通信，主要用于用户的注册和登录信息判断；3)检测系统窗体模块：当用户登录成功后，会进入检测系统主窗体。3.项目实现3.3服务器端实现1)监听用户状态，在服务端窗体左上角会显示在线/离线状态的用户情况；2)开始监听，服务端开始监听默认为8888的端口，并与用户端进行基因检测和处理图表等交互；3)处理数据，在上述监听完成后会处理用户数据并进行分发。3.项目实现3.4运行结果注册用户登录以后，将患者的待检测基因数据输入到系统用户端对话框内的相应位置；点击发送按钮，将该基因条目的密文发送给云端；由云端完成与密文数据库的计算；用户端接收云端返回的密文结果，点击验证按钮，可以得到匹配结果。3.项目实现4系统测试基因疾病同态密文检测系统的时间开销（ms）数据库中条目的个数询问加密数据库加密密态计算解密4282225128110K211246341100K20857324714系统测试基因疾病同态密文检测系统的存储开销数据库中条目的个数询问密文(KB)密文数据库(MB)反馈密文(MB)428160KB4110K160KB235.6100K160KB9924.7总结本系统设计了基因数据安全检测的算法，编写程序进行了具体实现，并搭建了三方参与的实