去中心化存储的动态完整性审计方案研究

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随着云存储的不断发展,越来越多的用户开始使用数据外包服务,以节省本地存储空间。传统的数据外包以中心化存储为主,中心化的存储方式让整个系统的性能难以提升。服务端受损会直接导致用户数据被破坏,用户外包数据的安全性无法得到保障。数据下载速度也会随着同一时间内数据下载量的增加而大幅下降。相比之下,去中心化存储可拓展性更强、下载速度更快、数据安全性更高。但是,数据外包之后,用户便失去了对数据的控制权,无法保证外包数据的安全。因此,无论是中心化存储还是去中心化存储,都需要一个高效的数据完整性审计方案保证用户数据的安全。近年来,为了保护去中心化存储中外包数据的完整性,研究人员提出了很多方案,但是其中仍存在效率低、功能单一的问题。本文针对去中心化存储,利用区块链设计了支持公开完整性审计和数据动态的方案,解决了去中心化服务端信息统一的问题,减轻了服务端的存储压力。本文所做的工作如下:(1)去中心化存储的公开完整性审计方案。在数据完整性审计过程中,本方案利用BLS(Boneh Lynn Shacham)短签名对多个服务端的证明信息进行聚合再验证,提高了数据完整性审计的效率;引入第三方审计员(Third Party Auditor,TPA)代替用户验证外包数据的完整性,节省了用户的计算资源;引入区块链中依赖于时间源的伪随机数生成器Get Randomness,保证了生成挑战的随机性;支持受损数据块定位,审计不通过时,验证者可以及时采取相应措施,最小化用户的损失。(2)去中心化存储的数据动态方案。特别地,本方案还支持用户对外包数据进行块级别的动态操作,包括块修改、块插入和块删除。并且本方案利用区块链维护相关参数,用户和服务端可以通过区块链判断对方的行为是否合法。(3)方案的正确性、安全性以及性能分析。本文利用双线性映射证明了本方案的正确性;利用哈希函数单向性、Get Randomness生成挑战的随机性以及区块链的不可篡改性,证明了本方案的安全性;从资源消耗、功能支持和效率方面对本方案进行了性能分析。(4)原型系统的实现。实现了本方案的原型系统,对去中心化存储中数据完整性审计以及数据动态的功能进行了测试。实验结果表明,本方案在去中心化存储中是正确可行的。
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