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基于vORAM的前向和后向安全动态可搜索加密方案

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计算机科学 2024年第S1期51卷 1041-1049页

作者：邵通李川薛雷刘扬赵凝陈青国网河北省电力有限公司保定供电公司河北保定071000

为了解决将敏感数据加密存储在云平台所带来的关键字检索问题,引进vORAM提出新的前向和后向安全动态可搜索加密方案--FBDSE-Ⅰ方案。该方案利用茫然数据结构的历史独立性以及安全删除性,实现了关键词/文件标识符对的直接删除,在保证数... 详细信息

为了解决将敏感数据加密存储在云平台所带来的关键字检索问题,引进vORAM提出新的前向和后向安全动态可搜索加密方案--FBDSE-Ⅰ方案。该方案利用茫然数据结构的历史独立性以及安全删除性,实现了关键词/文件标识符对的直接删除,在保证数据更新安全的同时,简化了动态更新过程。为了实现更加高效的查询操作,进一步提出方案FBDSE-Ⅱ,利用映射字典结构解耦茫然原语与检索结果,减少查询过程中对vORAM的访问次数。给出了形式化的安全证明,证明了FBDSE-Ⅰ和FBDSE-Ⅱ方案在保证前向安全的同时,分别满足Type-Ⅰ和Type-Ⅲ后向安全。仿真实验结果显示,相对于同等安全级别的前向和后向安全动态可搜索加密方案,FBDSE-I和FBDSE-Ⅱ方案具有更高的查询和更新效率,而且数据集合规模越大,优势越显著。

关键词：动态可搜索加密前向安全后向安全茫然数据结构 vORAM

智能合约辅助下满足前后向安全的动态可搜索加密方案

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计算机工程 2022年第7期48卷 141-150页

作者：丁晓晖曹素珍王彩芬西北师范大学计算机科学与工程学院兰州730070 深圳技术大学大数据与互联网学院广东深圳518118

动态可搜索加密过程易受文件注入攻击和信息泄露导致的信息滥用攻击,同时现有基于公钥密码体制构造的动态可搜索加密方案往往涉及大量双线性对运算,不能满足实际应用的效率要求。通过引入智能合约,提出一种满足前后向安全的动态可搜索... 详细信息

动态可搜索加密过程易受文件注入攻击和信息泄露导致的信息滥用攻击,同时现有基于公钥密码体制构造的动态可搜索加密方案往往涉及大量双线性对运算,不能满足实际应用的效率要求。通过引入智能合约,提出一种满足前后向安全的动态可搜索加密方案。以智能合约取代传统的搜索服务器进行关键字陷门匹配测试,解决传统搜索服务器必须满足诚实且好奇的设定问题,在此过程中避免大量使用双线性对运算,而是只执行一些简单的哈希操作,从而提升密文数据搜索阶段的计算效率。该方案满足前向安全性和后向安全性,即旧的搜索陷门不能用于搜索更新后的文件,且后续搜索不会泄露已删除文件所对应的索引信息。分析结果表明,与现有公钥密码体制下的动态可搜索加密方案相比,该方案在安全性和计算效率方面更具优势,适用于大数据通信环境。

关键词：前向安全性后向安全性动态可搜索加密智能合约公钥密码体制

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车联网环境中的动态可搜索加密方案研究

车联网环境中的动态可搜索加密方案研究

作者：丁晓晖西北师范大学

学位级别：硕士

随着车联网与云计算技术的发展,车联网环境中的实体往往将数据文件外包给云服务器进行处理,以降低自身的存储与通信开销。然而云服务器是半可信的,如何保证外包数据的安全性和隐私性,是当下亟待解决的问题之一。动态可搜索加密技术可在... 详细信息

随着车联网与云计算技术的发展,车联网环境中的实体往往将数据文件外包给云服务器进行处理,以降低自身的存储与通信开销。然而云服务器是半可信的,如何保证外包数据的安全性和隐私性,是当下亟待解决的问题之一。动态可搜索加密技术可在保证外包数据安全性、机密性的同时,实现外包数据的可更新与可搜索功能,非常适用于云辅助下的车联网环境,但现有方案在安全性及效率方面存在不足。鉴于此,从云辅助下车联网环境中通信数据的安全性、隐私性以及可搜索性出发,展开面向车联网中动态可搜索加密方案的研究,分别在前后向安全性、轻量化、多关键字联合搜索三方面取得了一定的研究成果。本文的主要工作如下:（1）针对现有大多数车联网环境中可搜索加密方案不支持数据库动态更新的问题,提出了一种车联网中可授权的动态可搜索加密方案。通过在更新阶段构建授权密文,使得方案在满足数据动态更新的基础上,实现了数据中心与车辆用户之间的可信认证。分析结果表明,方案满足机密性与可认证性,且具有较高的计算效率。（2）针对车联网环境中的位置隐私保护问题以及现有大多数动态可搜索加密方案无法抵抗文件注入攻击和泄露滥用攻击的问题,提出了一种车联网中具有位置隐私保护的前后向安全动态可搜索加密方案,并给出了严格的安全性证明。方案中使用K-匿名技术保护车辆用户的位置隐私,并通过使用伪随机置换函数以及构造加密文件索引的方式实现前后向安全性。分析结果表明,方案在满足安全性的同时具有较高的搜索效率。（3）针对现有的大多数前向安全动态可搜索加密方案不支持多关键字联合搜索的问题,提出了一种车联网中支持多关键字联合搜索的前向安全动态可搜索加密方案。通过引入扩展位图索引思想以及带同态加法的简单对称加密技术,使得方案在满足数据动态更新的前提下,支持多关键字联合搜索。安全性证明及性能分析结果表明,方案可抵抗文件注入攻击,满足前向安全性,且具有良好的计算效率。

关键词：动态可搜索加密公钥密码体制前后向安全多关键字车联网

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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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

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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面向云存储的动态可搜索加密研究与实现

面向云存储的动态可搜索加密研究与实现

作者：袁承昊北京交通大学

学位级别：硕士

云存储技术为众多企业、组织及个人提供了海量的存储资源,网络用户可将数据外包存储至云服务器以节省本地的存储资源。然而,云存储数据脱离了用户的物理控制范围,可造成隐私数据被窃取或泄露。动态可搜索加密技术在保证云存储数据机密... 详细信息

云存储技术为众多企业、组织及个人提供了海量的存储资源,网络用户可将数据外包存储至云服务器以节省本地的存储资源。然而,云存储数据脱离了用户的物理控制范围,可造成隐私数据被窃取或泄露。动态可搜索加密技术在保证云存储数据机密性的前提下,具备对加密数据的动态更新和关键词检索功能。然而,已有的动态可搜索加密方案以对称可搜索加密为主,需要预先建立安全的密钥共享信道,难以直接应用于云存储数据共享场景中。此外,部分动态可搜索加密方案仅支持文档及索引的添加,对于删除功能仍存在局限。针对上述问题,本文主要工作如下:(1)针对云存储中多方数据的安全共享场景,以混合加密思想提出了一种支持动态更新的多关键词可搜索加密方案。在方案中,通过引入布谷鸟过滤器构建正向索引,实现数据拥有者对文档及索引的动态添加和删除。同时结合双线性对与拉格朗日插值多项式,让方案支持多关键词的联合搜索。为降低密文检索阶段的计算开销,采用倒排索引与正向索引结合的构造方式,以提高云服务器的检索效率。通过判定线性Diffie-Hellman问题证明本方案可有效抵抗适应性选择关键词攻击。进行仿真实验,分析方案在不同数据集中进行关键词搜索及索引更新的执行效率。结果表明本方案有效避免了检索时间与密文数量的线性相关,降低了数据量较多的更新操作中的计算开销。(2)设计并实现了一个云存储环境密文检索系统。以支持文档及索引的添加和删除为出发点,使用伪随机函数和布谷鸟过滤器设计了一个动态对称可搜索加密方案。方案以链表结构设计倒排索引,用户在更新时只需上传链表中的加密节点,无需重新构建关键词对应的完整索引链表,降低了更新阶段的计算开销。使用Flask开发框架和腾讯云对象存储服务COS对密文检索系统进行功能实现,并编写测试用例对系统各功能模块进行测试,结果表明本系统在加密文档外包存储、加密文档搜索及更新等核心功能具备良好的可用性。

关键词：云存储动态可搜索加密倒排索引布谷鸟过滤器

基于循环加密链的高效动态可搜索对称加密方案

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密码学报 2022年第5期9卷 949-968页

作者：陈海龙马昌社华南师范大学计算机学院广州510631

前向安全是设计动态对称可搜索加密方案的必要条件之一,为了构建一个满足前向安全的高效动态可搜索对称加密方案,本文提出一种名为循环加密链的密码学原语及其通用构造方法,并基于该构造方法设计满足隐藏响应结果的前向安全动态可搜索... 详细信息

前向安全是设计动态对称可搜索加密方案的必要条件之一,为了构建一个满足前向安全的高效动态可搜索对称加密方案,本文提出一种名为循环加密链的密码学原语及其通用构造方法,并基于该构造方法设计满足隐藏响应结果的前向安全动态可搜索对称加密方案.相比于大部分现有的动态可搜索加密方案,该方案在保证前向安全的前提下,优化了通信和搜索效率,减少了客户端存储开销,并且实现了搜索结果的加密隐藏.实验结果表明本文提出的方案是高效且实用的.

关键词：动态可搜索加密前向安全循环加密链密钥消息依赖安全

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前向安全的可验证动态可搜索加密方案

前向安全的可验证动态可搜索加密方案

作者：铁卓昱哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

可搜索加密(Searchable Encryption,SE)是专门应用于对密文搜索的一类加密方案。在可搜索加密中,文档、索引和搜索令牌都处于加密状态,服务器在无法获取明文信息的情况下完成搜索任务,因此数据的隐私得到了有效保护。前向安全(Forward S... 详细信息

可搜索加密(Searchable Encryption,SE)是专门应用于对密文搜索的一类加密方案。在可搜索加密中,文档、索引和搜索令牌都处于加密状态,服务器在无法获取明文信息的情况下完成搜索任务,因此数据的隐私得到了有效保护。前向安全(Forward Security)和可验证性(Verifiability)是该领域的热点研究问题:前向安全的目的在于防止服务器通过过去接受到的用户搜索请求,来判断更新内容是否包含某些关键字;可验证性则考虑到服务器存在恶意修改搜索数据的情况,它要求额外的验证机制来确保用户能够判断搜索结果是否是正确的。但是,目前对于前向安全,可验证性和多关键字的结合SE方案的研究较少。需要设计恰当的验证机制来以防破坏SE方案的前向安全属性,并支持多关键字的验证。围绕前向安全,可验证和多关键字搜索三个热点问题展开。针对前向安全问题,对现存的SE方案进行了大量研究并总结了满足前向安全的SE方案的设计思路。对一个可验证的动态排序可搜索加密方案(Enabling Verifiable and Dynamic Ranked Search Over Outsourced Data,VDERS)进行了前向安全分析,发现该方案不满足前向安全特性。根据分析结果,基于状态计数器设计了满足前向安全的改进方案VDERSc,该方案在机密性方面保持了VDERS原始方案的CKA2安全。分析与实验表明VDERSc相比原方案拥有更好的安全性,且在验证过程性能更优。同样地对一个支持范围搜索的方案(Enabling Encrypted Rich Queries in Distributed Key-Value Stores,Enc KV)进行了前向安全分析,发现该方案不满足前向安全特性。根据分析结果,引入陷门置换函数变换状态计数器,设计了满足前向安全的方案FEnc KV,并在保持其原有机密性的情况下,为其增加了验证机制来支持对于精确搜索和范围搜索模式的结果验证。分析与实验表明FEnc KV的性能相比原方案性能稍微下降,但具有更好的安全性。

关键词：云存储可搜索加密动态可搜索加密前向安全可验证

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多用户前向安全的动态可搜索加密的研究

多用户前向安全的动态可搜索加密的研究

作者：王桥哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近来年,随着云计算的不断发展,云存储服务也越来越受用户的欢迎。用户将本地的数据上传到云服务器上,从而减少本地的存储压力。然而,这些数据可能含有用户的隐私内容,因此上传之前需要对数据进行加密。但是,数据加密之后会使得用户的查... 详细信息

近来年,随着云计算的不断发展,云存储服务也越来越受用户的欢迎。用户将本地的数据上传到云服务器上,从而减少本地的存储压力。然而,这些数据可能含有用户的隐私内容,因此上传之前需要对数据进行加密。但是,数据加密之后会使得用户的查询操作变得困难。因此,可搜索加密技术就是用来解决这类问题的。它不仅能够支持用户在加密数据上进行检索的功能,而且能够保护用户外包数据的隐私安全。然而,在现有的动态可搜索加密方案中,用户在进行文档的动态更新时会带来数据的前向安全问题,即泄露更新的关键词的信息。这些信息的泄露一旦被自适应攻击利用后,用户的查询隐私将遭受毁灭性的破坏。此外,现有的前向安全方案大多不支持多用户查询或搜索排序功能。因此,本文研究了动态可搜索加密机制中的多用户前向安全的问题以及搜索结果排序的问题。针对动态可搜索加密机制中多用户前向安全的问题,建立了高效的多用户前向安全的动态可搜索加密模型,并提出了详细的解决方案。所谓的前向安全是指云服务器不能够推断出用户新添加的文档是否含有之前搜索过的关键词。本文通过存储在代理服务器上的关键词状态信息及云服务器上的链式索引来实现前向安全,并采用双线性映射知识产生互补密钥对的思想来实现多用户查询。通过与现有的Sophos方案进行大量的对比实验,结果表明本文提出的算法的性能要优于Sophos方案,显著地提高了用户搜索和更新数据的效率。针对动态可搜索加密机制中服务器端对搜索结果进行排序的问题,建立了安全且支持排序的动态可搜索加密模型,并给出了相应的解决方案。方案采用信息检索领域中统计词频信息的度量方法来计算每个关键词在不同文档的相关性得分,并将其映射到一个有限的整数域,最后采用ORE-like(Order-Revealing Encryption,ORE)技术建立一个安全的索引。这样不仅能够高效地检索到匹配查询条件的结果,而且提高了索引中关键词相关性得分信息的安全性,使其不易遭受统计分析的攻击。通过拓展前后方案的对比实验,结果表明拓展搜索结果排序的功能对原方案中用户搜索和更新数据的效率影响不大,且其结果在可接受范围之内。

关键词：动态可搜索加密前向安全多用户查询搜索排序

基于椭圆曲线加密的多用户可搜索对称加密方案

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信息安全研究 2024年第7期10卷 624-633页

作者：陈珊潘文伦中电科网络安全科技股份有限公司北京100160 北京海泰方圆科技股份有限公司北京100094

可搜索加密(searchable encryption,SE)是数据安全检索环节的关键技术之一,它允许服务器在不解密的情况下直接搜索加密数据.为解决云存储环境下数据安全共享时面临的密文检索问题,对现有单用户场景下的动态可搜索对称加密(searchable sy... 详细信息

可搜索加密(searchable encryption,SE)是数据安全检索环节的关键技术之一,它允许服务器在不解密的情况下直接搜索加密数据.为解决云存储环境下数据安全共享时面临的密文检索问题,对现有单用户场景下的动态可搜索对称加密(searchable symmetric encryption,SSE)方案进行多用户拓展,提出一种高效、安全且客户端无存储的多用户动态可搜索对称加密方案.该方案创新性地采用椭圆曲线加密系统实现多用户间的密钥管理和访问密钥的分发,有效避免了传统多用户解决方案中的密钥共享问题和双线性对操作,且同时满足查询隐私、搜索不可伪造性和用户可撤销性.此外,经过多用户拓展后的可搜索对称加密方案依然保持了原单用户方案泄露信息少、文档搜索高效、文档删除高效且客户端无存储等优点.

关键词：数据共享隐私保护可搜索对称加密动态可搜索加密多用户椭圆曲线加密

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