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前向和后向安全的动态可搜索加密方案及其性能优化的研究

前向和后向安全的动态可搜索加密方案及其性能优化的研究

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作者：杨蒙蔚南京理工大学

学位级别：硕士

几何范围查询是针对空间数据的一种通用查询方法,适用于许多实际应用,例如基于位置的服务。具有前向和后向安全的动态可搜索加密方案,为构建支持数据添加和删除的动态加密空间数据库提供了强有力的安全保证。然而现有的解决方案要么利... 详细信息

几何范围查询是针对空间数据的一种通用查询方法,适用于许多实际应用,例如基于位置的服务。具有前向和后向安全的动态可搜索加密方案,为构建支持数据添加和删除的动态加密空间数据库提供了强有力的安全保证。然而现有的解决方案要么利用泄露顺序信息的属性保护加密算法加密空间数据,导致方案的安全性差;要么直接地为数据空间的每个维度构建一个二叉索引树,导致方案的拓展性差。另一方面,现有的支持单关键字查询的动态可搜索加密方案大多忽略了客户端可能不小心地发布不合理的更新查询的事实,例如重复的添加或删除相同的数据项,或者删除加密数据库中不存在的项。在这些情况下,先前的方案失去了其原本所宣称的正确性和安全性,即不具备鲁棒性。虽然有一些方案无意或有意地兼容了用户的不合理更新,然而这些方案要么需要高昂的通信开销和计算开销,要么在后向安全方面有所缺陷,同时搜索时均需要两轮的通信往返。针对上述两个问题,本文提出了两个解决方案:(1)本文提出了一个通用的前向和后向安全的动态可搜索加密方案,以更好的安全性支持加密空间数据集上的几何范围查询。设计的核心思想是构建一个二级的加密索引,其中第一级索引涉及将数据空间分解为概念上的层次结构,从而将几何范围搜索转变为多个单关键词搜索;第二级索引涉及通过另一个数据结构判断空间数据是否在查询范围内。此外,该二级索引支持空间数据动态更新的同时满足前向和后向安全的要求。最后,详细的理论分析和实验评价表明,与现有的具备前向和后向安全的支持几何范围搜索的动态方案相比,提出的方案具备更高安全性的同时提高了更新效率,并实现了亚线性的搜索效率。(2)针对用户可能发布不合理更新请求的情况,本文从现有的方案出发,提出了一个具备鲁棒性的前向和后向安全的动态可搜索加密方案。在计数器模型下,使得相同的关键词-文件配对在每次重添加时的可搜索密文是不同的,以保证方案的安全性和正确性。此外,利用对称可撤销加密技术撤销服务器对已删除文件的解密能力,以提供非交互式的搜索查询,提高方案的实用性。详细的理论分析和实验评价可以看出,与现有的具备鲁棒性的方案相比,提出的方案提高了删除操作和搜索操作的执行效率。

关键词：动态可搜索加密前向安全后向安全几何范围查询鲁棒性

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