CN115906127A - 一种用于政企隐私保护的联合计算***与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于政企隐私保护的联合计算***与方法，***包括应用层、服务层、数据层和基础设施层；应用层用于实现政企用户的应用功能，包括数据上传、数据库连接、查询分析和结果下载；服务层包括数据业务中台与数据中台，数据中台设有同态加密计算单元，通过同态加密计算单元构建同态加密技术的数据中台***；数据层包括政企数据以及第三方数据，其中第三方数据包括各个行业标准数据、以及互联网数据；基础设施层用于提供保障联合计算***运转所需的设施，包括网络、存储、计算。本发明提出了一种帮助政府部门进行政企联合分析的处理架构，帮助政企在数据联合分析过程中保障自身数据安全。

Description

一种用于政企隐私保护的联合计算***与方法

技术领域

本发明涉及安全技术领域，尤其是涉及一种用于政企隐私保护的联合计算***与方法。

背景技术

政企联合分析是结合政企相关数据，围绕政企合作业务如：企业污染-纳税平衡、地区发展-能耗等开展系列指数研究，加强政府部门的风险管控和整体情况把握，发挥企业数据在服务国家治理能力现代化方面的价值。

随着政企部门信息化水平的不断提高，对数据要素的探索和应用越来越迫切，但是随着《数据安全法》《网络安全法》等政策的出台，政企之间的数据流通安全成为阻碍数据共享应用的一道关卡，传统的数据共享交换机制只能保障数据再传输过程中的安全性，无法保障数据在计算过程中的安全，同时政企数据共享交换缺乏双方可信的安全计算方案，没有有效的架构保障数据从接口输出到结果反馈的全流程安全性。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种用于政企隐私保护的联合计算***与方法，兼顾有效交互与隐私保护的工作模式、技术方式，以更好实现政企数据共享和联合分析，提升政企数字化转型的质量和效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于政企隐私保护的联合计算***，包括应用层、服务层、数据层和基础设施层；

所述应用层用于实现政企用户的应用功能，包括数据上传、数据库连接、查询分析和结果下载；

所述服务层包括数据业务中台与数据中台，所述数据中台设有同态加密计算单元，通过同态加密计算单元构建同态加密技术的数据中台***；

所述数据层包括政企数据以及第三方数据，其中第三方数据包括各个行业标准数据、以及互联网数据；

所述基础设施层用于提供保障联合计算***运转所需的设施，包括网络、存储、计算。

进一步的，所述数据层采用excel上传或JDBC链接的方式将政企数据上传到***。

本发明还提供了一种用于政企隐私保护的联合计算方法，包括如下步骤：

步骤1：通过联合计算***的数据层接收政企双方数据，并对数据进行预处理；

步骤2：搭建共享交换平台，通过国家电子政务外网实现政企双方网络互联互通，实现双方前置***互信访问；

步骤3：构造政企计算指标模型；

步骤4：对政企双方数据进行数据对齐；

步骤5：使用自适应的CKKS算法对政企双方数据进行数据加密投放；

步骤6：对政企双方数据进行联合计算；

步骤7：对政企数据的整个联合计算过程进行安全性校验。

进一步的，所述步骤1中，对数据进行预处理的步骤包括：

步骤101：校对数据填充率，若数据填充率低于50％，从双方数据中剔除该类型数据；

步骤102：校对数据质量，核心字段缺失的从双方数据中剔除，非核心字段处理如下：①根据全部数据取平均值；②根据时间同比、环比值自动填充；③填充固定值；④采用通用LSTM时间序列算法，预测该位置值；

步骤103：校对数据非空性，如果该字段数据在模型计算中会作为被除数，校对该值是否为空或0，若为空则填充，若为0则抛出错误异常；

步骤104：校对数据进制，自动将数据转换为10进制数据，保留小数点2位数字。

进一步的，所述步骤2中，政企双方前置机之间访问采用RPC远程过程调用，实现双方数据互通。

进一步的，所述步骤2中，政企双方业务服务节点借助政务外网前置机实现服务联通。

进一步的，所述步骤4包括如下步骤：

步骤401：获取政府数据并以社会统一信用代码作为企业的唯一标识；

步骤402：获取企业数据并以企业的社会统一信用代码作为企业的唯一标识；

步骤403：通过MD5将双方的社会统一信用代码进行加密并将加密后的数据与企业信息分别导入政府侧***和企业侧***。

进一步的，所述步骤5具体包括，采用自适应的CKKS算法进行数据加密，在计算之前首先计算：

k＝max(max(2^k,a_i ²),),k＝1,2,3,...,i＝1,2,3,...

其中a是政企双方参与计算的参数，k是计算第一个大于参与计算最大的数字平方的值，获得政企双方参与计算的最大值k后，通过：

q＝2^2k

获得计算的模q，获得q之后根据q值变获得参与CKKS计算的初始小数位数和密文维数，进行加密计算。

进一步的，所述步骤6中，根据自适应的CKKS算法，在政企服务器的数据沙箱中进行联合计算，包括：

步骤601：由政府部门初始化公钥和私钥，并将公钥分发给企业，使用自适应的CKKS算法，通过公钥进行加密操作，使用私钥进行解密操作；

步骤602：根据预设的政企指标计算公式，使用自身数据计算指标生成中间结果，并使用公钥进行加密，同时，将所需指标的计算公式、加密的中间结果、需要参与计算数据目录传输至企业数据沙箱中；

步骤603：企业根据从政府部门传递的需要参与计算的数据目录，进行授权审核，允许数据用于此次指标计算，企业部门管理员在***中选择相应的操作，如审核后认为当前指标计算不存在异常，则点击通过审核；若认为存在异常，则需要点击驳回，并在***界面中填写驳回理由；

步骤604：完成授权后，企业使用授权数据，根据政府部门传输的指标计算公式以及加密中间结果，在本地执行指标计算，得到加密的计算结果，并传回政府部门；

步骤605：政府获取加密的政企指标计算结果后，使用私钥进行解密，得到最终联合分析结果，重复步骤602-605，完成多个分析指标的计算，实现政企联合计算工作。

相对于现有技术，本发明所述的一种用于政企隐私保护的联合计算***与方法具有以下优势：

1、本发明提出了一种帮助政府部门进行政企联合分析的处理架构，帮助政企在数据联合分析过程中保障自身数据安全，同时提出多方合作分析的安全性校验规则；

2、提出了一种通用的基于优化CKKS同态加密的政企数据联合分析流程。该处理流程是帮助政府进行各项指标计算的同时，满足企业数据安全与保密的要求。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的一种用于政企隐私保护的联合计算***架构图；

图2为本发明的一种用于政企隐私保护的联合计算方法的步骤流程；

图3为本发明的共享交换平台示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明提出一种用于政企隐私保护的联合计算方法与***，该***主要由应用层、服务层、数据层和基础设施层构成。在该***中应用层是面向政企用户的界面操作层，提供了数据上传、数据库连接、查询分析和结果下载等应用功能，具体的分析方式由业务场景而定。服务层包含数据业务中台与数据中台，其中数据中台的隐私计算功能采用优化CKKS同态加密技术进行实际计算，最终构建形成同态加密技术的数据中台***。数据层包含了政企数据与第三方数据，是采用excel上传或JDBC链接的方式将政企数据上传到***中，第三方数据包括：各个行业标准数据、互联网数据等。基础设施层提供了保障联合分析***运转所必需的网络、存储、计算等设施，数据双方提供应用服务器或云环境资源，在此基础上部署本***，并搭建专用网络，专用网络详见搭建共享交换平台。

在技术实现上，联合计算***设计遵从“业务后端调度同态加密计算模块，将敏感政府数据和敏感企业数据在加密状态下进行指标计算。指标计算结束后，由需求方对加密结果进行解密获取最终指标数值”的整体设计思路。为了实现这个目标，双方都需要部署同态加密计算单元，并配有业务后台模块对同态加密模块进行调度以及管理数据接入等业务，同时双方都需要配备前端管理界面，用于方便管理员进行管理工作、审核员针对指标计算进行审核以及分析师提出新的税电指标计算任务。

本发明的用于政企隐私保护的联合计算方法如图2所示，包括

(1)数据预处理

由于数据存在缺失数据项、数据不存在等数据质量问题，在导入之前的数据预处理是必不可少的。部分企业的数据缺失率高达50％，根据以上情况，需要业务人员对双方的数据进行预处理操作。预处理步骤如下：

1、校对数据填充率，若数据填充率低于50％，从双方数据中剔除该类型数据。

2、校对数据质量，核心字段(如统一社会信用代码、纳税人识别号等)缺失的从双方数据中剔除。非核心字段有如下规则：①根据全部数据取平均值。②根据时间同比、环比值自动填充。③填充固定值。④采用通用LSTM时间序列算法，预测该位置值。具体规则选择由业务场景而定，默认取平均。

3、校对数据非空性，如果该字段数据在模型计算中被除数的位置，校对该值是否为空或0，若为空则填充，若为0则抛出错误异常。

4、校对数据进制，自动将数据转换为10进制数据，保留小数点2位数字。

(2)搭建共享交换平台

如图3所示搭建共享交换平台。借助国家电子政务外网，实现政企双方网络互联互通，实现双方前置***能够互信访问。双方前置机之间访问采用RPC远程过程调用，实现双方数据互通。政务内网与政务外网连接通过NET映射转发技术，实现政务内网中业务服务节点与政务外网前置机双向互通；隐私计算节点、用户访问节点、业务服务节点同属各个政府部门大数据平台子模块，通过HTTP协议互相访问。

政企双方业务服务节点借助政务外网前置机实现服务联通，主要使用RPC协议进行通信。RPC协议规定允许互联网中一台主机程序调用另一台主机程序，而无需对这个交互过程进行编程。在RPC协议中强调当A程序调用B程序中功能或方法时，A是不知道B中方法具体实现的。RPC协议是基于分布式架构而出现的，所以RPC在分布式项目中有着得天独厚的优势，在本发明中RPC协议采用GRPC框架完成。

(3)构造政企计算指标模型

根据政企联合计算需求，提取政企各方的数据字段信息和字段元数据，由业务人员进行指标模型的理论构建，并由***运维人员/算法人员进行指标模型的审核和录入。如金融-保险行业，由银行-保险公司双方进行指标模型构建，提取保险定价、保费、客户信用、客户资金等数据进行联合投保风险建模。或国网-车企行业，由双方提供电车位置、电车地点、电桩空闲状态等信息，进行最优充电路径规划模型。

(4)数据对齐

为了满足指标模型的数据输入要求，需要分析各个指标模型所依赖的数据及相应数据来源、字段，通过数据预处理，统一政府数据信息与多个企业数据信息对同一企业的描述，明确各个数据的权属，后续执行数据导入、加密、投放等步骤，进入指标模型计算。具体实现方式步骤：

1、获取政府数据并以社会统一信用代码作为企业的唯一标识。

2、获取企业数据并以企业的社会统一信用代码作为企业的唯一标识。

3、通过MD5将双方的社会统一信用代码进行加密并将加密后的数据与企业信息分别导入政府侧***和企业侧***。

(5)使用自适应的CKKS算法对政企双方数据进行数据加密投放

本发明在传统CKKS的基础上提出自适应的CKKS算法，在计算之前首先计算：

k＝max(max(2^k,a_i ²),),k＝1,2,3,...,i＝1,2,3,...     公式一

其中a是政企双方参与计算的参数，k是计算第一个大于参与计算最大的数字平方的值，获得政企双方参与计算的最大值k后，通过：

q＝2^2k公式二

获得计算的模q。获得q之后根据q值变可以获得参与CKKS计算的初始小数位数和密文维数，进行加密计算。既保障了不会因为固定参数导致计算资源的浪费，又保障了不会因为密文模数太低导致明文加密值溢出。

(6)联合计算流程

根据自适应的CKKS算法，在政企服务器的数据沙箱中进行联合计算，数据沙箱是政企双方部署在本地的可信软件执行环境。

步骤1：由政府部门初始化公钥和私钥，并将公钥分发给企业。使用自适应的CKKS算法，通过公钥进行加密操作，使用私钥进行解密操作。

步骤2：根据预设的政企指标计算公式，使用自身数据计算指标生成中间结果，并使用公钥进行加密。同时，将所需指标的计算公式、加密的中间结果、需要参与计算数据目录传输至企业数据沙箱中。

步骤3：企业根据从政府部门传递的需要参与计算的数据目录，进行授权审核，允许数据用于此次指标计算。企业部门管理员可以在***中选择相应的操作，如审核后认为当前指标计算不存在异常，则点击通过审核；若认为存在异常，则需要点击驳回，并在***界面中填写驳回理由。

步骤4：完成授权后，企业使用授权数据，根据政府部门传输的指标计算公式以及加密中间结果，在本地执行指标计算，得到加密的计算结果，并传回政府部门。

步骤5：政府获取加密的政企指标计算结果后，使用私钥进行解密，得到最终联合分析结果。重复步骤2-5，可完成多个分析指标的计算，实现政企联合计算工作。

本发明保障了政企联合计算在整个计算流程中，各方数据均经加密处理，相互看不到原始数据，仅能得到计算结果。确保数据安全的前提下，实现了数据的充分利用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于政企隐私保护的联合计算***，其特征在于：包括应用层、服务层、数据层和基础设施层；

所述应用层用于实现政企用户的应用功能，包括数据上传、数据库连接、查询分析和结果下载；

所述服务层包括数据业务中台与数据中台，所述数据中台设有同态加密计算单元，通过同态加密计算单元构建同态加密技术的数据中台***；

所述数据层包括政企数据以及第三方数据，其中第三方数据包括各个行业标准数据、以及互联网数据；

所述基础设施层用于提供保障联合计算***运转所需的设施，包括网络、存储、计算。

2.根据权利要求1所述的一种用于政企隐私保护的联合计算***，其特征在于：所述数据层采用excel上传或JDBC链接的方式将政企数据上传到***。

3.一种用于政企隐私保护的联合计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：通过联合计算***的数据层接收政企双方数据，并对数据进行预处理；

步骤2：搭建共享交换平台，通过国家电子政务外网实现政企双方网络互联互通，实现双方前置***互信访问；

步骤3：构造政企计算指标模型；

步骤4：对政企双方数据进行数据对齐；

步骤5：使用自适应的CKKS算法对政企双方数据进行数据加密投放；

步骤6：对政企双方数据进行联合计算。

4.根据权利要求3所述的一种用于政企隐私保护的联合计算方法，其特征在于：所述步骤1中，对数据进行预处理的步骤包括：

步骤101：校对数据填充率，若数据填充率低于50％，从双方数据中剔除该类型数据；

步骤102：校对数据质量，核心字段缺失的从双方数据中剔除，非核心字段处理如下：①根据全部数据取平均值；②根据时间同比、环比值自动填充；③填充固定值；④采用通用LSTM时间序列算法，预测该位置值；

步骤103：校对数据非空性，如果该字段数据在模型计算中会作为被除数，校对该值是否为空或0，若为空则填充，若为0则抛出错误异常；

步骤104：校对数据进制，自动将数据转换为10进制数据，保留小数点2位数字。

5.根据权利要求3所述的一种用于政企隐私保护的联合计算方法，其特征在于：所述步骤2中，政企双方前置机之间访问采用RPC远程过程调用，实现双方数据互通。

6.根据权利要求3所述的一种用于政企隐私保护的联合计算方法，其特征在于：所述步骤2中，政企双方业务服务节点借助政务外网前置机实现服务联通。

7.根据权利要求3所述的一种用于政企隐私保护的联合计算方法，其特征在于：所述步骤4包括如下步骤：

步骤401：获取政府数据并以社会统一信用代码作为企业的唯一标识；

步骤402：获取企业数据并以企业的社会统一信用代码作为企业的唯一标识；

步骤403：通过MD5将双方的社会统一信用代码进行加密并将加密后的数据与企业信息分别导入政府侧***和企业侧***。

8.根据权利要求3所述的一种用于政企隐私保护的联合计算方法，其特征在于：所述步骤5具体包括，采用自适应的CKKS算法进行数据加密，在计算之前首先计算：

k＝max(max(2^k,a_i ²),),k＝1,2,3,...,i＝1,2,3,...

其中a是政企双方参与计算的参数，k是计算第一个大于参与计算最大的数字平方的值，获得政企双方参与计算的最大值k后，通过：

q＝2^2k

获得计算的模q，获得q之后根据q值变获得参与CKKS计算的初始小数位数和密文维数，进行加密计算。

9.根据权利要求3所述的一种用于政企隐私保护的联合计算方法，其特征在于：所述步骤6中，根据自适应的CKKS算法，在政企服务器的数据沙箱中进行联合计算，包括：

步骤601：由政府部门初始化公钥和私钥，并将公钥分发给企业，使用自适应的CKKS算法，通过公钥进行加密操作，使用私钥进行解密操作；

步骤602：根据预设的政企指标计算公式，使用自身数据计算指标生成中间结果，并使用公钥进行加密，同时，将所需指标的计算公式、加密的中间结果、需要参与计算数据目录传输至企业数据沙箱中；

步骤603：企业根据从政府部门传递的需要参与计算的数据目录，进行授权审核，允许数据用于此次指标计算，企业部门管理员在***中选择相应的操作，如审核后认为当前指标计算不存在异常，则点击通过审核；若认为存在异常，则需要点击驳回，并在***界面中填写驳回理由；

步骤604：完成授权后，企业使用授权数据，根据政府部门传输的指标计算公式以及加密中间结果，在本地执行指标计算，得到加密的计算结果，并传回政府部门；

步骤605：政府获取加密的政企指标计算结果后，使用私钥进行解密，得到最终联合分析结果，重复步骤602-605，完成多个分析指标的计算，实现政企联合计算工作。

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