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基于差分隐私的多模式隐藏动态对称可搜索加密方案

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计算机研究与发展 2021年第10期58卷 2287-2299页

作者：赵梓婷徐银宋祥福蒋瀚山东大学软件学院济南250101 山东大学计算机科学与技术学院济南250101 山东省软件工程重点实验室(山东大学) 济南250101

动态对称可搜索加密(dynamic symmetric searchable encryption,DSSE)在近年来已经成为数据隐私保护方面至关重要的原语,它能够允许客户端对保存于云服务器的加密数据执行高效的检索和更新操作,而仅向服务器泄露少量经过严格定义的信息... 详细信息

动态对称可搜索加密(dynamic symmetric searchable encryption,DSSE)在近年来已经成为数据隐私保护方面至关重要的原语,它能够允许客户端对保存于云服务器的加密数据执行高效的检索和更新操作,而仅向服务器泄露少量经过严格定义的信息,如搜索模式、访问模式、更新模式和容量泄露.然而,越来越多的研究发现,一些强大的敌手能够利用DSSE的泄露执行特定攻击,从而破坏数据和检索的隐私性.以往方案往往利用隐私数据查询,茫然随机存取器和存储补齐等技术来压缩甚至消除泄露信息,这些技术能够提供较好的安全性,但是存在计算、通信和存储复杂度过高的问题,难以实用.为了实现更好的安全和效率平衡,提出想法:首先引入差分隐私这一安全概念,提出了一种新的填充方法-差分隐私填充(differential privacy padding,DPP),在保证安全性的同时降低了存储负载.随后在多服务器模式下提出了一种称为“MDSSE”(multi dynamic searchable symmetric encryption)的动态搜索更新方案,通过对DPP的动态运用实现容量、更新以及搜索模式隐藏,保证了前向安全和后向安全.对于方案的安全性证明,扩展了对于更新历史的定义,提出了适用于方案的差分更新历史DP-Update.实验表明:方案可以抵御泄露滥用攻击,并具有较高的存储与通信效率.

关键词：动态对称可搜索加密差分隐私多服务器模式前向安全泄露隐藏

一种支持联合搜索的多用户动态对称可搜索加密方案

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计算机研究与发展 2022年第10期59卷 2309-2322页

作者：张蓝蓝曹卫东王怀超中国民航大学计算机科学与技术学院天津300300

近年来,满足前后向安全的动态对称可搜索加密(dynamic symmetric searchable encryption, DSSE)一直备受关注,它可以抵抗文件注入攻击,同时限制服务器学习已删除文档的相关信息.不过大多数满足前后向安全的DSSE方案仅支持单关键词搜索,P... 详细信息

近年来,满足前后向安全的动态对称可搜索加密(dynamic symmetric searchable encryption, DSSE)一直备受关注,它可以抵抗文件注入攻击,同时限制服务器学习已删除文档的相关信息.不过大多数满足前后向安全的DSSE方案仅支持单关键词搜索,Patranabis等人在NDSS 2021会议上提出了一种支持联合搜索且满足前后向安全的动态可搜索加密方案,但该方案在某些情况下不能得到准确的查询结果,同时不能支持多用户查询.针对以上问题,通过改进不经意交叉索引(oblivious cross tags, OXT)协议,提出了一种支持联合搜索的多用户动态对称可搜索加密方案.该方案利用有限域中元素具有乘法逆元的性质,引入了一次性盲因子,并结合数字信封技术实现了多客户端查询的功能.方案分析与实验表明,所提方案满足了前向安全与后向安全,不仅可以提供准确的联合查询功能,而且支持多客户端查询,同时计算效率仅与更新次数最低的关键词更新次数有关.

关键词：前后向安全动态对称可搜索加密联合搜索多用户查询不经意交叉索引

前向和后向安全的动态对称可搜索加密方案的研究

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前向和后向安全的动态对称可搜索加密方案的研究

作者：黄珂华东师范大学

学位级别：硕士

随着网络的快速发展,本地的存储与计算资源不能完全满足人们的需求。在这种情况下,越来越多的数据集中在云服务器上。由此而带来数据隐私的问题。采用可搜索加密的方法,使得数据能够加密保存在云服务器端并且保留对其进行关键字搜索的... 详细信息

随着网络的快速发展,本地的存储与计算资源不能完全满足人们的需求。在这种情况下,越来越多的数据集中在云服务器上。由此而带来数据隐私的问题。采用可搜索加密的方法,使得数据能够加密保存在云服务器端并且保留对其进行关键字搜索的能力。动态可搜索加密方案增加了用户更新外包数据库的能力,同时保留了外包数据的保密性和可搜索性。然而,现有的许多动态可搜索加密方案在更新时造成的泄漏可能会对用户的隐私产生危害。因此提出了动态可搜索加密的前向安全和后向安全。因此本文经过对现有的动态可搜索加密方案的研究,分别从效率的提升和查询表达能力的提升的角度,提出了两个适用于单用户场景模型的满足前向和后向安全的动态可搜索加密方案。具体工作总结如下:1、从提高查询效率及减少空间占用的角度,构造了一种前向和后向安全的动态对称可搜索加密方案。方案使用二叉树的倒排索引,基于陷门置换和穿刺加密,在更新和删除时动态的更新搜索令牌,同时实现了前向安全和后向安全。分析证明该解决方案符合安全性。对方案的效率和性能分析表明满足了用户提高查询效率及减少空间占用的需求。2、从提高查询表达能力的角度,对前向和后向安全的动态对称可搜索加密方案做出支持多关键字查询的扩展,提出了满足多关键字查询的前向和后向安全的动态对称可搜索加密方案。满足多关键字查询的前向和后向安全的动态对称可搜索加密方案使用二叉树的倒排索引,基于陷门置换和穿刺加密确保方案的前向安全和后向安全,同时利用最小覆盖树和关键字的相关性实现多关键字查询的需求。分析证明该方案符合安全性。对方案的效率和性能分析表明方案支持多关键字查询,提高了查询表达能力。

关键词：云计算动态对称可搜索加密前向安全后向安全

云环境中前向和后向安全的动态对称可搜索加密方案的研究

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云环境中前向和后向安全的动态对称可搜索加密方案的研究

作者：万震宇华东师范大学

学位级别：硕士

随着数据规模急剧增长,越来越多的人选择将数据外包给云服务商进行存储。然而,将未经任何处理的明文数据外包给第三方是一种危险的做法,很有可能造成敏感数据泄露。将数据加密后再上传到云端是一种有效的保护数据安全的方法,但是缺点是... 详细信息

随着数据规模急剧增长,越来越多的人选择将数据外包给云服务商进行存储。然而,将未经任何处理的明文数据外包给第三方是一种危险的做法,很有可能造成敏感数据泄露。将数据加密后再上传到云端是一种有效的保护数据安全的方法,但是缺点是无法利用常规的关键字搜索方法获取预期的数据。为了解决密文搜索的难题,研究人员提出了可搜索加密的概念。可搜索加密允许用户在密文上进行关键字搜索,借助云服务器海量的计算和存储资源能为用户节省大量成本。动态对称可搜索加密基于对称加密体制,具有运算速度快、开销少等优势。此外,支持数据的动态更新,非常适合云端数据存储的场景。由于数据动态更新和搜索的过程中泄漏的一些信息可能会对数据的安全性造成危害,研究人员提出了前向安全和后向安全的概念。本文对动态对称可搜索加密进行研究,主要工作如下:(1)针对现有方案无法充分利用计算机多核CPU并行计算优势的问题,本文提出了一种高效的、支持并行搜索的前向和后向安全动态对称可搜索加密方案DSSE-FB1。本方案设计了一种由关键字索引链和文档索引链组成的两级索引结构。关键字索引链类似于一个单向链表,节点中会隐藏上一个节点的信息,从而实现了前向安全。而文档索引链关联于关键字索引链中的节点,存储了一次更新操作包含的文档信息。通过该索引结构,我们可以实现并行搜索,大大提升搜索效率。此外,本方案利用标记值匹配的方式对文档进行逻辑删除,从而实现了后向安全。(2)针对缓存搜索结果的方案却无法支持搜索陷门复用的问题,本文提出了一种高效的、支持搜索结果缓存和搜索陷门复用的前向和后向安全动态对称可搜索加密方案DSSE-FB2。本方案设计了一种由更新链和搜索链组成的两级索引结构。我们可以利用更新链存储自上一次搜索后更新的文档信息,并在一次搜索后将搜索结果缓存下来。通过利用搜索链,我们可以依次找到缓存的搜索结果,从而大大加快搜索速度,并实现了搜索陷门复用和前向安全。另外,本方案的后向安全的实现方式与DSSE-FB1方案相同。(3)在第五章,我们对DSSE-FB1和DSSE-FB2方案进行了详细的理论和实验分析,结果表明:相比于其他同类型方案,本文提出的两个方案在搜索效率和搜索陷门复用方面优势明显。

关键词：动态对称可搜索加密前向和后向安全并行搜索缓存搜索陷门复用

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前后向安全的动态对称可搜索加密研究

前后向安全的动态对称可搜索加密研究

作者：张玉晴河北大学

学位级别：硕士

随着大数据时代的到来,人们日常生活中产生的数据越来越多。为了减少本地存储的开销,大多数用户选择把数据直接上传给云服务器。然而,数据上传给了云服务器之后,用户失去了对于数据的管理权,这严重威胁了用户的隐私安全。所以,为保护用... 详细信息

随着大数据时代的到来,人们日常生活中产生的数据越来越多。为了减少本地存储的开销,大多数用户选择把数据直接上传给云服务器。然而,数据上传给了云服务器之后,用户失去了对于数据的管理权,这严重威胁了用户的隐私安全。所以,为保护用户的私密数据,一般会在上传给云服务器前先对数据进行加密。然而,在密文数据上执行检索是非常困难的。可搜索加密技术的提出保证了密文数据的可用性。但是,最开始的方案都是静态的,不支持数据更新。因此,动态可搜索加密技术的提出具有一定的现实意义。然而,现有的研究成果在安全性、效率以及语义表达方面存在一定缺陷。安全性方面,在数据动态更新过程中容易泄露一些信息,一些黑客攻击行为会窃取用户数据。效率方面,动态更新操作索引修改过程复杂,效率低下。语义表达方面,现有大多的实现前后向安全的方案仅支持单关键字查询,不支持语义丰富的连接关键字查询。针对以上问题,本文对现有动态对称可搜索加密方案进行了深入研究,并实现了两个前向和后向安全的动态对称可搜索加密方案,具体如下:1、提出了一种动态数据库填充方法,并实现了一种前后向安全的动态对称可搜索加密方案。首先,引入了一种异常值检测技术,根据离群因子生成伪文件进行填充,从而隐藏当前匹配搜索关键字的文档信息。此外,使用位图索引设计了一种适用于填充数据库的新型索引结构,以简化加密索引的更新操作。最后,实例化该填充方法的应用场景实现了前后向安全的动态对称可搜索加密方案。安全分析和仿真结果表明,动态填充算法适用于动态对称可搜索加密方案,并且该方案保持了动态对称可搜索加密方案的检索和更新的效率以及安全性。2、提出一个支持高效连接关键字查询并具有前后向安全性的动态对称可搜索加密方案。该方案利用位图索引构建了双向索引结构来简化动态更新过程,并通过具有加法同态性质的对称加密算法隐藏访问模式。同时,由于添加和删除操作均通过模加法完成,可通过隐藏更新类型,减少更新过程的泄露。此外,为了解决现有方案查询方式不灵活的问题,引入内积匹配算法实现了高效的连接关键字搜索。安全分析表明,该方案实现了前向安全以及后向安全。仿真结果表明,相对于其他连接关键字的方案,该方案实现了更高的更新、检索效率。

关键词：动态对称可搜索加密前向安全后向安全数据库填充连接关键字查询

基于双向索引的高效连接关键字查询动态可搜索加密方案

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通信学报 2022年第5期43卷 123-132页

作者：杜瑞忠张玉晴李明月河北大学网络空间安全与计算机学院河北保定071000 河北省高可信信息系统重点实验室河北保定071000 南开大学计算机学院天津300071

为了解决现有动态可搜索加密方案更新过程操作复杂、信息泄露以及查询方式单一等问题,提出了一种前向安全和后向安全的高效连接关键字查询动态可搜索加密方案--BPC-DSSE方案。该方案利用位图索引构建了双向索引结构来简化动态更新过程,... 详细信息

为了解决现有动态可搜索加密方案更新过程操作复杂、信息泄露以及查询方式单一等问题,提出了一种前向安全和后向安全的高效连接关键字查询动态可搜索加密方案--BPC-DSSE方案。该方案利用位图索引构建了双向索引结构来简化动态更新过程,并通过具有加法同态性质的对称加密隐藏访问模式。同时,由于添加和删除操作均通过模加法完成,可通过隐藏更新类型减少更新过程的泄露。此外,为了解决现有方案查询方式不灵活的问题,引入内积匹配算法实现了高效的连接关键字查询。安全分析表明,BPC-DSSE方案实现了前向安全以及Type-I-的后向安全。仿真结果表明,相对于其他连接关键字查询的方案,BPC-DSSE方案具有更高的更新、查询效率。

关键词：动态对称可搜索加密连接关键字查询前向安全后向安全

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支持模糊多关键字的动态可搜索加密方案

信息安全研究 2024年第11期10卷 1064-1073页

作者：李莉谭智伟朱江文陈介王志强北京电子科技学院北京100070 西安电子科技大学计算机科学与技术学院西安710071 北京邮电大学网络空间安全学院北京100876

随着云计算的发展,云存储的便捷性和经济性使得大量用户将个人数据存储在第三方云服务器上.云端数据的加密存储可确保数据的安全性,但也增加了数据检索的难度.动态对称可搜索加密技术应运而生,其不仅能有效保护数据隐私,还可实现多关键... 详细信息

随着云计算的发展,云存储的便捷性和经济性使得大量用户将个人数据存储在第三方云服务器上.云端数据的加密存储可确保数据的安全性,但也增加了数据检索的难度.动态对称可搜索加密技术应运而生,其不仅能有效保护数据隐私,还可实现多关键字联合搜索的功能.同时,该技术在实际应用中引入的模糊搜索还可以增强用户的搜索体验和提高搜索效率.当前支持模糊搜索的可搜索加密方案存在一定的安全隐患,其未考虑动态更新时潜在的信息泄露问题.为此,提出了一种支持模糊多关键字的动态可搜索加密方案,在保证动态更新时信息安全的同时,支持多关键字联合搜索以及模糊搜索.该方案设计了一种关键字编码算法和局部敏感哈希函数构建模糊索引,并使用布隆过滤器加密算法对该索引进行加密,以实现模糊搜索.此外,引入了可信执行环境降低用户和服务器之间的通信开销、计算开销以及交互次数.最后,通过实验验证了该方案的安全性和有效性.

关键词：动态对称可搜索加密多关键字模糊搜索前向安全后向安全

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基于密文策略的权重属性加密研究

基于密文策略的权重属性加密研究

作者：孙钊杭州师范大学

学位级别：硕士

属性加密是基于用户的属性特征对文件进行加密的一种技术.在基于属性的加密（ABE）体制中,用户的身份标识由若干个属性的集合表示,这些属性之间往往存在着不同的重要性.在现实环境中,权重可以用来衡量某一因素在事物中的重要程度,具有... 详细信息

属性加密是基于用户的属性特征对文件进行加密的一种技术.在基于属性的加密（ABE）体制中,用户的身份标识由若干个属性的集合表示,这些属性之间往往存在着不同的重要性.在现实环境中,权重可以用来衡量某一因素在事物中的重要程度,具有广泛的应用价值.将属性与权重结合起来丰富实际应用中访问控制策略的表达成为属性加密的一个发展方向.大部分现有的基于密文策略的属性加密（CP-ABE）方案很少考虑权重的现实意义,而基于密文策略的权重属性加密（CP-WABE）方案也因其赋权方式导致访问控制策略的结构繁琐,运行效率较低.如何在实现权重属性加密的基础上提高方案的运行效率是我们需要考虑的问题.在云计算环境中,数据的分享十分重要.代理重加密（PRE）是一种密文的安全转换机制,可以实现密文在云端的共享.现有的基于密文策略的权重属性加密方案很少对密文的代理重加密进行相关的研究.同时,当数据在云端积累到一定程度时,用户想要在海量的数据库中获取相应的文件变得非常困难,影响了权重属性加密（WABE）机制的发展和应用.如何在权重属性加密方案中实现密文的转换和检索是我们研究的另一个问题.针对上述提出的问题,本文提出了三个方案:（1）本文在现有的属性加密体制中加入了权重的概念,提出了一种新的基于密文策略的权重属性加密方案.授权机构依据属性在系统中的重要程度,采取了数值赋值的方式为属性赋权,避免产生过多的属性,并且利用线性秘密共享方案和Shamir门限秘密共享方案分别分享密文和权重门限,在实现权重属性加密功能的同时上提高了方案的运行效率.（2）为了进一步提高加解密算法的效率,本文在新方案的基础上,优先对相似的属性进行了合并,减少了属性的个数,同时引入多属性授权机构,分担原有授权机构分发密钥的压力,并且利用代理服务器对密文进行预解密,提出了一种改进的基于密文策略的权重属性加密方案.在基于判定性q-parallel BDBH问题的假设下,上述两种方案被证明在随机预言模型下可以抵御适应性选择明文攻击.（3）本文在改进方案的基础上,添加了代理重加密功能和动态可搜索功能,提出了一种支持关键字动态搜索的权重属性代理重加密方案.方案允许半可信代理者将一种访问控制策略下的密文转换为另一中不同访问控制策略下具有相同明文的密文（即基于属性的重加密）,用户可以对储存在云服务器上的密文进行关键字搜索,并且能够动态地添加和删除密文文件.该方案被证明在随机预言模型下满足适应性选择关键字攻击下的不可区分性,同时在基于判定性q-parallel BDBH问题的假设下,该方案被证明在随机预言模型下满足适应性选择明文攻击下的不可区分性.最后将本文方案与同类型方案进行分析对比,本文方案在功能性上都优于同类型方案,并且计算量较小,搜索效率更高,更适用于当前的云计算环境.

关键词：属性加密权重属性代理重加密动态对称可搜索加密选择明文安全选择关键字安全

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云存储中数据安全检索技术研究

云存储中数据安全检索技术研究

作者：张红杰西华大学

学位级别：硕士

存储和计算资源受限的用户可以通过云存储外包数据。若以明文存储,用户的隐私会受到威胁。普通的加密虽然可以保护数据隐私,但影响云服务器对数据进行检索。可搜索加密技术能够提供云服务器对加密数据进行搜索的能力,既能保护用户的数... 详细信息

存储和计算资源受限的用户可以通过云存储外包数据。若以明文存储,用户的隐私会受到威胁。普通的加密虽然可以保护数据隐私,但影响云服务器对数据进行检索。可搜索加密技术能够提供云服务器对加密数据进行搜索的能力,既能保护用户的数据隐私,又能保障基本的对数据的使用功能。可搜索加密中有两种基本原语:对称可搜索加密和支持关键词搜索的公钥加密,又被叫做公钥可搜索加密或非对称可搜索加密。对称可搜索加密原语效率高,但由于使用确定性的原语,安全性存在改进空间;非对称可搜索加密使用非对称原语,允许方案中存在多种角色,应用范围广,可扩展性强。本文主要研究动态对称可搜索加密技术在云存储中动态数据安全检索问题以及非对称可搜索加密在新兴云存储中的应用问题。针对这两个问题,本文的主要研究内容为:（1）对于云存储中使用动态对称可搜索加密安全检索数据的问题,利用伪随机函数的同态性实现对称可穿孔加密的重加密性,得到具有重加密性的对称可穿孔加密;利用可穿孔伪随机函数的隐私性掩藏删除历史,使用具有隐私性的可穿孔伪随机函数,隐藏删除历史不影响正确的删除文件,搜索可得到正确的目标文件集。搜索过程中,用户仅需和服务器进行一次交互,不额外牺牲通信和计算的效率,也不额外增加用户端存储数据的量。由此,实现了一个达到更新模式后向隐私安全,不使用不经意的随机存取存储器或软件保护扩展等特定硬件的轻量级动态对称可搜索加密方案。（2）对于去中心化匿名支付系统云存储中应用支持关键词检索的公钥加密提高检索效率的问题,基于一种特定的支持关键词检索的公钥加密方案—具有隐藏结构的可搜索公钥密文,利用其隐藏结构,为匿名支付系统零钞设计了一个特定的具有隐藏结构的可搜索公钥密文算法,并证明其安全性;使用这个适用零钞的具有隐藏结构的可搜索公钥密文算法,改进零钞的匿名支付模型,得到一个实例化的支持高效货币检索的零钞方案。分析表明,本文提出的支持高效货币检索的零钞方案具有和传统的去中心化匿名支付系统一致的完备性和安全性;实验表明,本文提出的支持高效货币检索的零钞方案和传统的零钞方案相比,效率得到了改进。

关键词：动态对称可搜索加密后向隐私非对称可搜索加密安全数据检索