云環(huán)境下外包數(shù)據(jù)的高效檢索及安全審計技術(shù)研究.pdf

1、云計算實(shí)現(xiàn)了人們長期以來把計算作為一種資源的夢想，它給人們帶來了諸多便利，比如按需自助服務(wù)，無處不在的網(wǎng)絡(luò)訪問，快速資源伸縮，計量付費(fèi)及外包計算等。其中，云計算最顯著的優(yōu)勢就是外包模式。也就是說，資源受限的用戶可以將昂貴的計算任務(wù)外包給云服務(wù)器，并通過按需付費(fèi)的方式享受云計算無盡的計算和存儲服務(wù)。作為外包計算的一個重要分支，數(shù)據(jù)庫外包允許數(shù)據(jù)擁有者委托其數(shù)據(jù)庫管理權(quán)給云服務(wù)器并由云服務(wù)器來向數(shù)據(jù)庫用戶提供各種數(shù)據(jù)庫服務(wù)，已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界

2、的持續(xù)關(guān)注。然而，外包數(shù)據(jù)庫在為人們帶來諸多益處的同時，也不可避免地面臨著一些新的安全挑戰(zhàn)。首先，由于云服務(wù)器是不完全可信的，數(shù)據(jù)外包之前需要進(jìn)行加密操作，這就使得如何完成數(shù)據(jù)高效檢索變得困難。其次，出于自身利益的驅(qū)動或者受軟硬件運(yùn)行故障等因素影響，云服務(wù)器可能會誠實(shí)地執(zhí)行部分檢索操作并返回給用戶不正確/不完整的檢索結(jié)果。因此，外包數(shù)據(jù)庫的安全審計問題成為我們面臨的又一挑戰(zhàn)問題。
　　在本文中，我們主要圍繞安全數(shù)據(jù)外包中的關(guān)鍵問題

3、展開研究。主要包括:(1)如何實(shí)現(xiàn)外包數(shù)據(jù)庫的可驗(yàn)證檢索;(2)如何實(shí)現(xiàn)高維加密數(shù)據(jù)的近似最近鄰檢索;(3)如何實(shí)現(xiàn)安全數(shù)據(jù)去重中的惡意用戶身份追蹤。具體來說，本文主要貢獻(xiàn)可總結(jié)為以下幾個方面:
　　1.我們首次解決了外包數(shù)據(jù)庫場景中云服務(wù)器返回空集時檢索結(jié)果的驗(yàn)證問題。通過引入一個新的密碼學(xué)原語-布隆過濾器樹，我們提出了一種新的可驗(yàn)證外包數(shù)據(jù)庫審計方案。即使在云服務(wù)器有意返回空集作為檢索結(jié)果時，該方案仍然能夠同時保證檢索結(jié)果的正

4、確性和完整性。和現(xiàn)有的工作相比，所提出的方案能夠確保數(shù)據(jù)的機(jī)密性，適用于加密數(shù)據(jù)庫場景。
　　2.我們進(jìn)一步研究了外包數(shù)據(jù)庫可驗(yàn)證檢索問題。利用可翻轉(zhuǎn)布隆過濾器(Invertible Bloom Filter)，我們提出了一種靈活的可驗(yàn)證外包數(shù)據(jù)庫檢索方案。該方案能夠同時達(dá)到檢索結(jié)果可驗(yàn)證性和支持高效的數(shù)據(jù)更新操作。也就是說，當(dāng)新的數(shù)據(jù)記錄插入時，當(dāng)前數(shù)據(jù)記錄無需做任何改變操作。這一特性使得其適用于動態(tài)外包數(shù)據(jù)庫場景中。此外，借助

5、于多用戶可搜索加密技術(shù)，我們將該方案擴(kuò)展到了多用戶場景。由于索引中分別為數(shù)據(jù)擁有者和其他授權(quán)用戶存儲不同的可搜索內(nèi)容，該方案能夠有效抵抗云服務(wù)器和惡意用戶勾結(jié)攻擊。
　　3.我們研究了外包數(shù)據(jù)庫近似最近鄰檢索問題。通過利用局部敏感哈希和保序加密相結(jié)合的方法，我們提出了一種新的高維密文數(shù)據(jù)最近鄰檢索方案。該方案能夠同時實(shí)現(xiàn)高效的近似最近鄰檢索和數(shù)據(jù)機(jī)密性。此外，我們提出的方案能夠支持高效的密文范圍查找。
　　4.我們研究了安全

6、數(shù)據(jù)去重中的惡意用戶身份追蹤問題。我們首次將用戶身份追蹤性引入到安全數(shù)據(jù)去重中。當(dāng)發(fā)生副本偽造攻擊(Duplicate Faking Attack)時，該方法能夠追蹤惡意用戶的身份。進(jìn)一步地，我們構(gòu)造了一個具體的支持惡意用戶身份追蹤的去重方案-TrDup。具體來說，每個用戶上傳文件時伴隨著一種基于可追蹤簽名技術(shù)的匿名簽名。一旦發(fā)生副本偽造攻擊，追蹤代理者(Tracing Agent)能夠揭露惡意用戶的身份信息同時不會泄露其他用戶的身份信