密文數(shù)據(jù)的分發(fā)與搜索關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著云計(jì)算技術(shù)的日益普及，以云存儲(chǔ)為代表的數(shù)據(jù)外包服務(wù)以?xún)r(jià)格低廉、按需購(gòu)買(mǎi)等特點(diǎn)受到了越來(lái)越多用戶(hù)的歡迎。但是，數(shù)據(jù)外包服務(wù)在帶來(lái)諸多優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也產(chǎn)生了許多安全性問(wèn)題，如數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性及可用性等。其中，對(duì)于希望使用云存儲(chǔ)來(lái)管理隱私或敏感數(shù)據(jù)的個(gè)人或組織來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)的機(jī)密性往往是需要進(jìn)行考慮的最重要因素。如何保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性，已經(jīng)成為了目前云數(shù)據(jù)安全的研究熱點(diǎn)。
　　保證數(shù)據(jù)機(jī)密性的有效方法是將數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。然而，普通的加密技

2、術(shù)將數(shù)據(jù)變成密文后，會(huì)使數(shù)據(jù)喪失許多原有特性，服務(wù)提供商在無(wú)法窺探用戶(hù)數(shù)據(jù)內(nèi)容的同時(shí)，也無(wú)法以傳統(tǒng)的方式提供一些常見(jiàn)的功能，例如數(shù)據(jù)的共享與分發(fā)、針對(duì)密文數(shù)據(jù)的關(guān)鍵字搜索等。目前存在的很多種方法可以解決這些問(wèn)題，如可用于密文分發(fā)的安全組播、廣播加密方法，和用于數(shù)據(jù)搜索的可搜索加密方法等。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，這些方法均存在著不同程度的不足之處。本文將服務(wù)提供商看成一個(gè)不可信的實(shí)體，圍繞數(shù)據(jù)外包服務(wù)中密文數(shù)據(jù)的分發(fā)和搜索問(wèn)題，分別對(duì)這幾種方

3、法目前存在的不足加以改進(jìn)，并給出具體的方法和措施。本文的主要工作和成果如下：
　　(1)針對(duì)當(dāng)前多數(shù)組密鑰協(xié)商協(xié)議所存在的安全性問(wèn)題，提出了一種新型的基于身份證書(shū)和三叉密鑰樹(shù)的分布式組播密鑰管理協(xié)議。該協(xié)議以基于雙線(xiàn)性映射的三方密鑰協(xié)商協(xié)議為基礎(chǔ)，使用公鑰證書(shū)來(lái)實(shí)現(xiàn)成員身份的認(rèn)證。協(xié)議的安全性基于判定哈希雙線(xiàn)性Diffie-Hellman假設(shè)，除了具有組密鑰的機(jī)密性、獨(dú)立性等基本的組播安全性要求外，還具有成員間的認(rèn)證性，能有效抵抗

4、中間人攻擊。性能分析表明，該組密鑰協(xié)商協(xié)議在整體性能上優(yōu)于現(xiàn)有協(xié)議。
　　(2)針對(duì)現(xiàn)有的公鑰廣播加密方法存在無(wú)法同時(shí)高效的向大接收者集合和小接收者集合進(jìn)行加密的問(wèn)題，提出了一種高效公鑰廣播加密方案。該方案基于存在不可偽造的簽名算法和雙線(xiàn)性Diffie-Hellman指數(shù)假設(shè)構(gòu)建，采用共享系統(tǒng)參數(shù)的方法，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)大、小集合的高效加密。安全性分析表明，該方案可以抵抗選擇密文攻擊(ChosenCiphertext Attack，CC

5、A)和集合外用戶(hù)的共謀攻擊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與現(xiàn)有方案相比，該方案的加解密效率有了很大的提升。
　　(3)針對(duì)現(xiàn)有的匿名廣播加密方法效率較低的問(wèn)題，提出了一種高效的動(dòng)態(tài)匿名廣播加密方案。該方案基于合數(shù)階雙線(xiàn)性群中的合數(shù)判定雙線(xiàn)性Diffie-Hellman假設(shè)和子群判定假設(shè)構(gòu)建，采用拉格朗日插值多項(xiàng)式來(lái)隱藏接收者的身份，實(shí)現(xiàn)了最短的廣播密文長(zhǎng)度以及較高的解密效率。對(duì)方案的安全性分析表明，該方案在標(biāo)準(zhǔn)模型下針對(duì)自適應(yīng)敵手的攻擊具有密文

6、的機(jī)密性以及接收者身份的匿名性。與同類(lèi)方案相比，該方案同時(shí)具有了任意發(fā)送者、動(dòng)態(tài)加入、基于身份等特性。
　　(4)針對(duì)當(dāng)密文數(shù)據(jù)量較大時(shí)，單關(guān)鍵字可搜索加密方法無(wú)法高效應(yīng)用的問(wèn)題，提出了一種面向多關(guān)鍵字的動(dòng)態(tài)密文搜索方案。該方案使用文件的倒排索引和偽隨機(jī)函數(shù)來(lái)對(duì)安全索引進(jìn)行構(gòu)造，并基于選擇明文攻擊（Chosen Plaintext Attack，CPA）安全的對(duì)稱(chēng)加密算法和同態(tài)加密算法來(lái)實(shí)現(xiàn)針對(duì)密文數(shù)據(jù)的多關(guān)鍵字搜索。方案支持文件