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前向安全的可验证对称可搜索加密方案研究

前向安全的可验证对称可搜索加密方案研究

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作者：张中俊西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着云计算技术的快速发展,云服务在工业界的应用不断普及。作为云计算中的一种基础服务,云存储能够让用户以相对较低的成本享受可扩展的存储服务。面对爆炸式增长的存储需求和存储成本,越来越多资源受限的个人与企业用户选择将自己的... 详细信息

随着云计算技术的快速发展,云服务在工业界的应用不断普及。作为云计算中的一种基础服务,云存储能够让用户以相对较低的成本享受可扩展的存储服务。面对爆炸式增长的存储需求和存储成本,越来越多资源受限的个人与企业用户选择将自己的数据外包存储在云服务器中。然而,数据外包带来了隐私泄露的风险,为了保护外包数据的隐私安全,数据拥有者通常会选择在外包前对数据进行加密处理,但是这也带来了如何在密文上进行高效搜索的问题。对称可搜索加密（Searchable Symmetric Encryption,SSE）方案是解决密文上关键字搜索最重要的技术之一。数据拥有者使用SSE方案加密数据之后,可以直接在密文数据上执行关键字搜索,从而大幅提高外包数据的搜索效率。动态对称可搜索加密（Dynamic Searchable Symmetric Encryption,DSSE）方案允许数据拥有者更新云端数据,如添加或删除一个文档等。近年来一些攻击方案指出不具备前向安全的DSSE方案实质上并不能保护用户数据的隐私安全,是完全没有意义的。DSSE方案面临的另外一个问题在于为了节约计算或存储资源,不诚实的云服务器可能会返回不正确或不完整的搜索结果。现有的前向安全DSSE方案很多是基于茫然随机存储或置换函数构造的,搜索和更新效率较低,且很多方案没有考虑不诚实的云服务器的问题。本论文主要针对前向安全的可验证SSE方案进行研究,主要贡献如下:1.本文提出了一种前向安全的可验证SSE方案。该方案在满足前向安全性质的前提下,实现了对搜索结果正确性和完整性的验证。与前人方案相比,本文方案没有使用任何的茫然随机存储或置换函数,更新和搜索效率较高。利用多重集哈希函数可增量计算的性质,本文方案可以对证据进行高效更新和验证。此外,本文对所提方案进行了详细的安全性分析,并分别在模拟数据集和真实数据集上进行实验仿真,结果证明本文方案能够满足安全要求且具有较高的更新和搜索效率。该成果已被国际学术会议European Symposium on Research in Computer Security（ESORICS2019,CCF B类会议）录用。2.本文提出了一种新的高效I/O前向安全可验证SSE方案。与前人方案相比,本文方案在几乎不降低搜索效率和I/O效率的前提下,实现了对搜索结果正确性和完整性的验证。与本文提出的第一个方案相比,该方案具有较高的搜索效率和I/O效率,更加适用于数据规模较大的应用场景。此外,本文提供了所提方案的安全性分析和实验仿真,以证明该方案的安全性和高效性。

关键词：云存储对称可搜索加密可验证性前向安全多重集哈希函数

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云环境下支持更新验证的可搜索加密方案研究

云环境下支持更新验证的可搜索加密方案研究

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作者：顾佳新南京信息工程大学

学位级别：硕士

基于云的数据外包服务为政府、企业和个人提供了存储、计算等诸多便利。其中,云存储能够节省本地资源,降低数据存储成本,迎合当前的大数据市场。但是,在这种远程操控数据的模式下,数据存储、检索和共享的安全隐患显露无疑。为了保障外... 详细信息

基于云的数据外包服务为政府、企业和个人提供了存储、计算等诸多便利。其中,云存储能够节省本地资源,降低数据存储成本,迎合当前的大数据市场。但是,在这种远程操控数据的模式下,数据存储、检索和共享的安全隐患显露无疑。为了保障外包数据安全,用户选择先加密数据,再存储到云环境中。可搜索加密方案使得用户能够直接对密文进行检索,为目前云环境中外包数据的安全保护提供了解决方法。然而,在云服务器不完全可信的前提下,数据准确性和完整性验证以及前后向安全显得至关重要;同时,现研究的一些可搜索加密方案只支持精确检索,即用户关键字输入有误差便无法获得正确结果,数据检索效率亟待提高。针对上述问题,本文分别提出了相应的解决方案,具体如下:(1)支持数据验证的单关键字可搜索加密方案针对更新过程中数据的完整性易遭到破坏的问题,本文提出了一个支持数据验证的单关键字可搜索加密方案,旨在提高用户搜索结果的准确性和完整性,优化索引结构,并保障外包数据安全。具体来说,首先数据拥有者从文件中提取关键字,分别将关键字和文件加密并上传至云服务器。其次,云服务器收到密文后进行一次关键字密文转换处理以降低匹配成本。数据拥有者获得搜索结果之后初步验证数据的准确性,但搜索结果的完整性得不到保障。因此,引入多重集哈希函数,利用其可增量计算性快速判断云服务器是否完成了准确的数据更新。最后,理论和实验分析表明,方案能够严格保证数据更新的有效性,实现前向和后向安全,降低用户的计算开销和存储成本。(2)支持数据验证和模糊检索的并行可搜索加密方案针对多关键字检索过程中效率低下以及限制关键字精确输入的问题,本文基于局部敏感哈希函数设计了支持数据验证和模糊检索的并行可搜索加密方案,旨在实现多关键字模糊检索,并在此基础上进行多关键字并行遍历,提高用户的检索效率。其次,方案采用基于TF-IDF的关键字提取算法,对索引结构进行了优化和更新。最后,采用代理重加密技术加密对称密钥,保护了密钥安全的同时使得只有已授权用户才能用自己的私钥解密对称密钥密文。理论和实验分析表明,所设计方案在兼顾安全性的前提下,实现了关键字的模糊匹配和并行遍历的功能,满足了用户对性能和效率的双重需求。

关键词：云存储数据验证多重集哈希函数模糊检索并行遍历

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