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对称可搜索加密机制的研究与设计

对称可搜索加密机制的研究与设计

作者：陈亚琼重庆邮电大学

学位级别：硕士

随着信息化时代的到来,数据总量正以几何倍数的方式增长,这对传统数据存储方式发起了挑战。为了减少本地基础设施的开销和维护数据的成本,用户可以将数据外包给第三方服务提供商。由于数据涉及到个人隐私安全问题,所以,常使用加密技术... 详细信息

随着信息化时代的到来,数据总量正以几何倍数的方式增长,这对传统数据存储方式发起了挑战。为了减少本地基础设施的开销和维护数据的成本,用户可以将数据外包给第三方服务提供商。由于数据涉及到个人隐私安全问题,所以,常使用加密技术来保证外包数据的隐私安全。数据加密后破坏了明文之间原有的语义关系,因此会对数据检索、更新等使用造成一定的阻碍。可搜索加密是一种支持在加密数据上进行检索的加密技术。与传统的加密技术类似,现有的可搜索加密技术可分为两种:对称可搜索加密和非对称可搜索加密。本文主要研究对称可搜索加密技术中的多用户可搜索加密和多关键字可搜索加密。首先,基于多用户检索模型,本文构造了一种支持多用户检索的动态可搜索加密方案。方案中,数据由数据拥有者加密之后存储在服务器端,同时数据拥有者授权多个用户访问其数据。在检索时,合法用户产生检索令牌,服务器接收令牌后,使用辅助密钥对令牌进行二次加密,然后在密文上进行检索。在撤销用户时,只需撤销服务器端用户的辅助密钥即可。由于采用红黑树作为索引结构,使得检索时间复杂度与文件个数呈亚线性关系。此外,本方案在更新时,数据拥有者只需对少量结点进行更新,更新效率较高。通过对方案的安全性和可行性进行分析,证明了方案的安全性和可行性。其次,本文也对多关键字可搜索加密进行研究。结合非对称标量积加密算法,本文对基于红黑树的动态可搜索加密方案进行改进,构造了一种支持多关键字的可验证动态可搜索加密方案。与之前的方案相比,本方案在检索和更新方面效率较高。此外,令牌的产生具有随机性,同时还可以对查询结果进行验证。实验结果表明方案能进行高效地检索和更新。最后,本文对已完成的工作进行总结,并给出了下一步的研究方向。

关键词：动态可搜索加密多用户多关键字

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基于区块链技术的认证和数据安全机制研究

基于区块链技术的认证和数据安全机制研究

作者：李芳天津工业大学

学位级别：硕士

在数据呈爆炸性增长的时代,用户的个人数据极大程度实现了数字化,数据被赋予价值,成为经济社会中一项宝贵的资产。开放式网络环境下的数据交易与共享打破了“信息孤岛”的困境,数据的价值得到了充分发挥,为数字化水平的提升做出极大贡... 详细信息

在数据呈爆炸性增长的时代,用户的个人数据极大程度实现了数字化,数据被赋予价值,成为经济社会中一项宝贵的资产。开放式网络环境下的数据交易与共享打破了“信息孤岛”的困境,数据的价值得到了充分发挥,为数字化水平的提升做出极大贡献。因此,数据的安全存储与交易需求被提上日程。在国家大力发展互联网技术的今天,数据的安全交易和共享获得了政策和市场两方面的发展契机,但数据的安全授权和公平交易过程中依然存在两个关键性的问题:一是,在用户身份授权方面,传统的跨域身份认证方案无法在没有可信第三方的情况下实现跨域数据访问的权限颁发、完成权限的转移和恶意用户权限回收;二是,在对密文数据进行搜索和更新时,已有的可搜索加密方案在前后向安全性和效率方面仍具有可提升的空间。针对上述问题,本文合理利用区块链的去中心化、公开透明和不可篡改等优势,结合密码学方法,着眼于去中心化的跨域身份认证以及用户数据的安全外包存储两个方面,提出有效的解决方案。本文的主要贡献如下:(1)多域的互联互通促进了数据的交互和共享,但是传统集中式的架构暴露出单点故障、非法访问等安全问题。本文充分利用区块链分布式一致性的特点,设计了一种基于主从链模型可撤销身份的跨域认证方案。首先,根据跨域身份认证的需求设计了主从链模型,主链记录用户的跨域认证授权信息,从链记录域内用户身份注册信息,主从链的节点通过分层拜占庭共识算法对身份验证结果快速达成一致。其次,改进了变色龙哈希函数,设计适用于多中心化环境下的基于无证书密码体制的身份撤销机制。最后,对本文方案进行安全性分析和性能评估,与相关方案相比,本文方案在安全性和计算开销等方面表现出较好的效果。(2)动态可搜索加密技术能够实现对密文的动态更新和搜索功能,但现有的动态对称可搜索加密方案搜索效率不高,后向安全性有待进一步研究。本文结合区块链技术和密码学方法提出了安全高效的动态可搜索加密方案。首先,使用分块位图建立索引,通过同态对称加密算法进行加密,在保证方案前向安全性和可验证性的基础上提高方案的后向安全性和更新的效率。其次,设置相应的搜索状态,并将正确的搜索结果保存在区块链上,提高搜索效率。最后,对本文方案进行安全性分析和实验验证,证明了方法的安全性能和效率。

关键词：跨域身份认证无证书密码体制动态可搜索加密后向安全性

面向便捷出行的民航旅客敏感信息保护方法研究

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面向便捷出行的民航旅客敏感信息保护方法研究

作者：张蓝蓝中国民航大学

学位级别：硕士

在民航“无纸化”便捷出行的行业背景下,旅客个人敏感数据呈爆炸式增长,如何安全存储大量的旅客敏感数据成为一个亟需解决的问题。与此同时,由云计算催生出的云存储服务可以将数据存储到云端,并通过云服务器来实现高效的数据检索与使用... 详细信息

在民航“无纸化”便捷出行的行业背景下,旅客个人敏感数据呈爆炸式增长,如何安全存储大量的旅客敏感数据成为一个亟需解决的问题。与此同时,由云计算催生出的云存储服务可以将数据存储到云端,并通过云服务器来实现高效的数据检索与使用功能,但云服务器的安全性一直以来备受关注。动态可搜索加密因其能够将数据以密文形式进行存储、查询、更新,而被许多学者应用到云存储隐私保护上。不过,目前动态可搜索加密在功能性、安全性及效率上无法同时满足民航旅客敏感信息在无纸化便捷出行场景下的应用需求。因此本文调研分析了便捷出行场景下的民航信息系统交互流程,总结了旅客敏感数据对安全性与功能性的要求,在前人工作的基础上,分别提出了两种基于动态可搜索加密的民航旅客敏感信息保护方法。本文工作如下:首先,针对民航旅客敏感信息安全共享问题,提出了一个支持非交互式授权的民航旅客敏感信息安全共享方法。该方法基于RSA算法中的大数分解问题,设计了中间令牌来实现非交互式授权;同时结合了密文策略的基于属性加密方法,实现了用户的细粒度访问控制。此外,还改进了查询过程中的已删除索引过滤算法,使方法支持对同一索引执行多次更新操作。其次,针对民航旅客敏感数据安全检索问题,提出了一个支持多关键词搜索的民航旅客敏感数据安全检索方法。该方法以满足前后向安全的多关键词动态可搜索加密方案(oblivious dynamic cross tags,ODXT)为基础,利用有限域中存在乘法逆元的性质,设计了一次性盲因子,并结合了数字信封技术实现了多用户授权;方法同时改进了查询算法,解决了ODXT方法中查询结果不准确的问题。最后,从安全性、性能及实验结果分析三个方面评估了本文提出的两个方法。结果表明,所提方法满足前向与后向安全,提升了便捷出行过程中旅客敏感信息的安全性;支持多用户查询的同时解决了现有方法检索结果不准确的问题,解决了民航旅客敏感数据安全共享问题;理论及仿真实验结果证明了所提方法的开销可以满足旅客信息保护需求。

关键词：隐私保护旅客敏感信息民航信息系统动态可搜索加密前向与后向安全

基于隐藏搜索和访问模式的数据安全研究与应用

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基于隐藏搜索和访问模式的数据安全研究与应用

作者：段昇辰北京邮电大学

学位级别：硕士

动态可搜索加密方法允许客户端对存储在云中的加密数据执行搜索和更新,极大的降低了数据管理和维护的成本。但是在这一过程中往往会泄露搜索和访问模式。最近的方案可以对存储在服务器中的加密数据库进行安全搜索,但这些方案只关注使用O... 详细信息

动态可搜索加密方法允许客户端对存储在云中的加密数据执行搜索和更新,极大的降低了数据管理和维护的成本。但是在这一过程中往往会泄露搜索和访问模式。最近的方案可以对存储在服务器中的加密数据库进行安全搜索,但这些方案只关注使用ORAM隐藏访问模式。尽管传统的 Oblivious Random Access Machine(ORAM)可以隐藏访问模式,即与客户查询匹配的文档集,但它也会产生大量的通信开销,并且无法隐藏搜索模式。现有研究表明,由于搜索模式和访问模式的泄漏,通用动态可搜索对称加密(DSSE)方案容易受到统计攻击。因此隐藏访问模式是不够的,必须高效地隐藏搜索和访问模式。为了克服这一限制,本文主要对如何高效的隐藏搜索和访问模式进行研究,并对本方案进行性能分析和安全性证明。(1)针对ORAM通信开销大的问题,本文提出了一种通过加密索引对加密数据库进行高效和不经意访问的方案ODS-Tree。该方案是一种混合ORAM方案,利用半同态加密在密文域进行计算,克服了 Path-ORAM开销巨大的局限性。对于海量数据,半同态加密可以显着降低通信和存储开销。我们的方案可以同时实现高安全性的加密搜索和更新操作。此外,ODS-Tree的执行速度比基于ORAM的方案快2-8倍。(2)针对使用ORAM的方案会产生额外的开销这一问题,本文提出了一种称为不经意洗牌关联矩阵DSSE(OSM-DSSE)的DSSE方案,无需使用ORAM即可不经意地访问加密数据。通过OSM-DSSE方案,我们可以有效地搜索和更新基于关联矩阵的数据。值得一提的是,本文提出了一种Paillier加密的混洗算法,它将1-out-of-n经意传输(OT)协议与其相结合,从而实现了隐藏访问模式,同时还提出了一种优化的填充方案,旨在降低存储成本,并实现隐藏搜索模式。此外,仿真结果证实OSM-DSSE方案实现了高安全性和高效搜索。此外,当文件-关键字对为9×1010时OSM-DSSE搜索的时间仅为2.19s,这比近期提出的方案执行效率高3-4倍。(3)我们对方案的性能进行了实验评估,以确保本方案的高效性。我们利用了 Enron数据集提取了文件-关键字对,并用其对我们的方案进行评估,仿真结果证实本文的方案实现了高效搜索。同时我们还对本方案进行了安全性分析,安全性分析证实本方案实现了高安全性。此外,该方案提供了针对敌手恶意攻击的自适应安全性。同时指出了我们方案的应用方法。

关键词：动态可搜索加密搜索模式访问模式 Paillier同态加密优化填充

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面向云数据的多关键字可搜索加密机制研究

面向云数据的多关键字可搜索加密机制研究

作者：袁琼琼大连理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着云计算技术的不断发展和应用,作为云计算组成的云存储服务已经成为企业和个人存储和管理数据的重要方式。然而,由于云存储服务的不可靠性,可能会发生数据隐私泄露。这对一些用户来说是不可接受的,因为用户上传到云服务器的... 详细信息

近年来,随着云计算技术的不断发展和应用,作为云计算组成的云存储服务已经成为企业和个人存储和管理数据的重要方式。然而,由于云存储服务的不可靠性,可能会发生数据隐私泄露。这对一些用户来说是不可接受的,因为用户上传到云服务器的数据可能包括个人银行账单,个人电子邮件等隐私数据。为了避免云端用户数据泄露,可以对数据进行加密处理。然而,加密后的数据使用效率将降低,对加密的数据如何进行基于关键字的检索成为一个难题。可搜索加密技术为上述问题的解决提供了一种有效的途径。作为可搜索加密的重要组成部分的多关键字可搜索加密机制的研究具有重要意义。本文总结了已有的多关键字可搜索加密方案的优缺点,提出了一种安全高效的多关键字排序可搜索加密方案,并且该方案具有较好的动态性。为了提高方案的搜索效率和索引建立效率,方案基于布隆过滤器(Bloom filter)设计了全新的索引树结构,并给出了索引树建立算法和搜索算法。为了实现排序搜索的功能,方案使用结合TF-IDF的向量空间模型及余弦相似度测量法计算相似性分数。相比于已有的多关键字排序可搜索加密方案,本文所提出的方案可以实现亚线性的搜索时间。此外,本文方案的动态更新效率优于已有的相关方案。通过安全性分析可以证明本文的基础方案和增强方案可以分别在已知密文模型和已知背景模型下保证安全性。同时,通过仿真实验也证明了方案的高效性和可行性。

关键词：云计算动态可搜索加密多关键字排序搜索布隆过滤器

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安全高效可搜索加密技术研究

安全高效可搜索加密技术研究

作者：赵梓婷山东大学

学位级别：硕士

大数据时代,隐私泄漏问题成为了社会发展的隐患。加强隐私保护,既需要公众提高对个人隐私的保护意识,也需要强有力的隐私保护技术予以支撑。可搜索加密(Searchable Symmetric Encryption,SSE)作为一种数据利用与共享的重要手段,既能在... 详细信息

大数据时代,隐私泄漏问题成为了社会发展的隐患。加强隐私保护,既需要公众提高对个人隐私的保护意识,也需要强有力的隐私保护技术予以支撑。可搜索加密(Searchable Symmetric Encryption,SSE)作为一种数据利用与共享的重要手段,既能在查询过程中保护数据所有者的数据隐私,又能保留数据的可查询性质,具有非常重要的研究意义。作为实现密文检索的重要工具,可搜索加密的基本工作过程是,给定上传数据集,客户端构建用来记录关键字与匹配文档集的索引,并将其利用密码学原语加密。随后使用给定的令牌,完成在加密状态下实现对索引与数据集的搜索与更新操作。近年来的研究专注于可搜索加密在功能、效率与安全性上的完善,比如实现能够插入和删除操作的动态可搜索加密;提供更强的安全特性如前向安全、后向安全与可验证性等;以及方案在搜索更新效率、存储容量、I/O效率方面的优化。作为安全性和效率之间的权衡,SSE在搜索中往往允许泄露一些信息,其具体定义源于密码学中相关的泄露函数。近年来对泄露滥用攻击的研究表明,在掌握一定先验知识的情况下,敌手可以通过SSE中的现存的泄露函数分析出相应的查询内容。这些泄露既影响数据在云端存储的安全性,也可能会被敌手恶意使用获取个人和企业的隐私信息。基于此,如何压缩可搜索加密方案的泄露,同时实现较高效的搜索和更新效率,成为研究者近年来关注的焦点。与此同时,云服务器可能会向用户提供不正确的查询结果。为了防御恶意模型下的敌手行为,需要设计可验证的可搜索加密方案,识别对查询结果的篡改或伪造,保证返回数据完整性。为了解决以上问题,本文针对可搜索加密方案的泄露压缩与可验证性进行研究,主要贡献如下:1.对动态可搜索加密方案中存在的泄露函数进行说明,引入了新的泄露模式容量模式。给出了容量模式安全定义,梳理了目前提出的泄露滥用攻击与容量泄露保护方法。随后基于差分隐私提出了新的填充方式差分隐私填充(Differential Privacy Padding,DPP),设计了它在方案中的动态使用机制。2.提出了一个多服务器框架下的动态可搜索加密方案MDSSE,方案使用第三方服务器存储更新,并且使用DPP进行填充。对现有安全泄露进行改造,定义了新的泄露函数,随后证明了方案的容量泄露在搜索和更新过程中满足差分隐私安全,并且方案同时满足前向安全和后向安全性。实验表明我们的方案能够在抵抗容量泄露攻击的同时具有更低的填充率和更好的防御效果。3.提出了可验证的前向与后向安全方案VMDSSE。在继承前一方案良好的搜索更新效率与安全保证的基础上,验证查询结果的正确性与完整性。方案基本思想是为关键字设置聚合消息认证码作为验证的唯一标识,使用可更新消息认证码实例化方案,利用其周期间增量更新的性质在抵御重放攻击的同时高效实现验证标识的更新,提高验证效率,实现方案的可验证性。MDSSE的创新之处在于能够同时满足动态容量隐藏与前向后向安全,并且具有良好性能表现;VMDSSE是少有能够同时满足前向安全、type-Ⅱ后向安全与可验证性的方案。

关键词：动态可搜索加密泄露模式前向与后向安全可验证性

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基于区块链P2P存储系统的加密搜索算法

基于区块链P2P存储系统的加密搜索算法

作者：李涵哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来,数据呈指数级增长,如何建立安全、可靠的数据交易平台,互连大量闲置的空间以满足人们日益增长的存储需求是十分必要的。虽然,P2P系统被认为是构建大规模分布式存储系统的理想模型,但其缺乏安全的激励机制,无法保障交易的公平,并... 详细信息

近年来,数据呈指数级增长,如何建立安全、可靠的数据交易平台,互连大量闲置的空间以满足人们日益增长的存储需求是十分必要的。虽然,P2P系统被认为是构建大规模分布式存储系统的理想模型,但其缺乏安全的激励机制,无法保障交易的公平,并未被广泛使用。直到区块链技术的出现,带来了一种全新的P2P系统,该系统能有效激励服务器提供资源,同时保证用户执行诚实的支付。尽管如此,基于区块链的P2P存储系统仍存在诸多问题,如缺乏对加密数据的有效搜索能力、数据更新的开销大以及无法验证查询结果等。因此,如何在基于区块链的P2P存储系统中,实现对数据的加密搜索和有效验证是当前研究亟待解决的问题。虽然,应用可搜索加密技术在P2P存储系统中能有效地保护用户隐私,避免信息泄露,但目前可搜索加密模式大多采用静态方案,不支持文件的动态更新,同时没有考虑系统更新后的前向安全,使得恶意服务器常常利用文件注入攻击非法获取隐私数据,严重损害了用户权益。因此,在基于区块链的P2P存储系统中,如何设计有效的加密搜索方案,以解决动态更新和前向安全问题仍是一项挑战。针对上述问题,本文首先构建了一个安全、有效的基于区块链的P2P存储系统,借助区块链和可搜索加密技术,将具有存储需求的用户和拥有闲置空间的服务器有效连接,通过验证查询结果的正确性和完整性来确保服务的公平可靠,从而实现了高安全且高效率的加密搜索。为了解决动态更新和前向安全问题,本文基于所构建的区块链P2P存储系统,进一步提出了支持文件动态更新且保证前向安全的加密搜索算法。该算法采用双索引结构,通过在索引链中同时添加文件索引和关键词索引,有效地平衡了搜索与更新的效率,实现了快速的文件更新。为了保证前向安全,即新添加的文档无法链接到之前搜索过的关键词,本文引入了随机数在每个结果集中,并且总是使用新的随机掩码生成新索引以链接到原有索引链的头部,从而有效地避免了文件注入攻击。为了验证查询结果,本文还提出了一个新的验证方案,通过预定义一个包含结果哈希值的加密验证表在区块链中,有效地降低了区块链的开销,实现了强大的数据保护。最终,根据DSSE安全概念给出了本文算法的安全定义,从理论上证明了算法的安全性和可行性。同时,编程实现了系统原型并成功部署智能合约在以太坊区块链上,通过大量实验对系统进行了性能评估和对比分析,结果表明我们的设计能应用在基于区块链的P2P存储系统中,实现安全、可验证且高效的加密搜索。

关键词：区块链 P2P存储系统加密搜索动态可搜索加密前向安全

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具有前向安全特性的密态图像搜索方案

东北大学学报（自然科学版） 2021年第8期42卷 1079-1085页

作者：葛悦李宇溪周福才张鑫月东北大学软件学院辽宁沈阳110169 中国移动通信有限公司研究院北京100032

围绕当前多数密态图像搜索方案在更新时产生的信息泄露问题,提出一个云环境下具有前向安全特性的密态图像搜索方案.方案首先采用Tensorflow机器学习模型进行图像识别,设计高效图像关键字信息提取方法;然后基于动态可搜索加密思想,利用GG... 详细信息

围绕当前多数密态图像搜索方案在更新时产生的信息泄露问题,提出一个云环境下具有前向安全特性的密态图像搜索方案.方案首先采用Tensorflow机器学习模型进行图像识别,设计高效图像关键字信息提取方法;然后基于动态可搜索加密思想,利用GGM范围受限伪随机函数生成搜索令牌,构造出支持动态更新的安全密态图像索引结构.搜索时利用搜索令牌和哈希函数计算匹配结果,不会泄露查询者隐私.安全分析和实验结果表明,本方案在满足高效搜索的同时实现前向安全性,并具有良好的更新性能.

关键词：加密图像动态可搜索加密前向安全受限伪随机函数降采样预处理

维普期刊数据库

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一种支持前向安全更新和验证的加密搜索算法

西安电子科技大学学报 2020年第5期47卷 48-56页

作者：李涵张晨黄荷姣郭宇哈尔滨工业大学(深圳)计算机科学与技术学院广东深圳518055 香港城市大学计算机科学学院香港特别行政区999077

近年来,云计算的进步推动了可搜索加密技术的发展。然而,现有的加密搜索模式主要考虑中心化的环境,即搜索操作执行在传统的客户-服务器模型中。如何在非信任的分布式环境(如区块链系统)应用可搜索加密技术仍有待探索。与此同时,如何保... 详细信息

近年来,云计算的进步推动了可搜索加密技术的发展。然而,现有的加密搜索模式主要考虑中心化的环境,即搜索操作执行在传统的客户-服务器模型中。如何在非信任的分布式环境(如区块链系统)应用可搜索加密技术仍有待探索。与此同时,如何保证前向安全更新则是可搜索加密技术面临的另一挑战。为解决以上问题,基于区块链技术,设计了一种支持前向安全更新和验证的加密搜索算法。首先,提出了一种支持前向安全更新的双索引结构,并展示了如何将此结构应用于区块链系统,以实现最优的搜索和更新复杂度;其次,提出了一种新的结果验证方案,该方案基于加密的链上验证表实现了强大的数据保护,并显著降低了区块链的开销;最终,通过Redis集群实现了系统原型,并利用Amazon Cloud服务器对系统进行了性能评估。大量实验证明了所设计的方案是安全且高效的。

关键词：加密搜索前向安全区块链系统动态可搜索加密