多用户场景下可验证密文检索关键技术研究

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随着云计算应用的日益普及与快速发展,云存储服务作为云计算最典型的应用之一,已受到各大企业和众多用户的高度青睐。为了减轻本地存储和管理海量数据的负担,越来越多资源受限的用户选择将数据外包到云服务器。云存储在为用户提供诸多数据服务的同时,也不可避免地面临着数据安全挑战。由于云服务器不完全可信,为了保护数据机密性,用户首先在本地加密敏感数据再将其外包到云服务器,但这使得高效密文检索成为新的挑战。一种有效的解决方案是采用可搜索加密技术。尽管现有的可搜索加密方案能够实现基于对关键词的高效密文检索,但是大多数密文检索方案是在单用户场景下设计的。当多个数据用户共享同一个文件时,需要在云服务器中存储多个副本,造成了大量的数据冗余。为了支持多用户场景中数据的安全共享,近年来一些多用户密文检索方案相继被提出。在多用户密文检索方案中,多个数据用户可方便地共享同一个文件,避免云服务器存储文件的多个副本,降低了存储开销。现有的多用户密文检索方案大多数是基于诚实且好奇的云服务器模型所设计的,即云服务器诚实地执行全部检索操作。然而,出于经济利益、系统遭受攻击或技术人员误操作等原因,云服务器可能会自私地执行部分检索操作,并向数据用户返回不正确或不完整的检索结果。因此,研究多用户场景下可验证密文检索关键技术对提高外包数据的可用性具有重要意义。本文提出了两种多用户场景下的可验证密文检索方案,其主要贡献如下:1.针对目前多密钥密文检索方案无法同时实现对检索结果完整性与正确性验证的问题,本文基于我们所改进的混淆布隆过滤器提出了一种高效的可验证密文检索方案。为了支持对云服务器返回空集的有效验证,我们对原始混淆布隆过滤器进行巧妙的改进,并采用改进后的混淆布隆过滤器为每一个数据用户构造验证时所需的证据。鉴于混淆布隆过滤器可自检的特性,即使当检索结果为空集时,也能够确保数据用户同时验证检索结果的正确性与完整性,从而进一步提高了数据的可用性、丰富了密文检索方案的功能。安全分析表明该方案是抵抗非适应性选择关键词攻击的,能够有效保护数据用户的查询隐私与数据安全。同时,基于真实数据集的实验对比分析结果表明该方案是高效的。该研究成果已发表在国际学术期刊IEEE ACCESS(SCI源刊,影响因子:4.908)上。2.针对已有动态多用户密文检索方案无法确保检索结果完整性与正确性的问题,本文基于多重集合哈希函数和哈希表提出了一种动态多用户可验证密文检索方案。利用多重集合哈希函数增量性的特点,该方案实现了对证据的高效更新与对检索结果的高效验证。为了支持云服务器的高效检索,选择将所有的证据存储在同一个哈希表中。该方案不仅支持数据用户的临时撤销与加入,密文文件的动态添加与删除,同时具有验证检索结果正确性与完整性的功能。安全分析表明该方案在随机预言模型下是自适应安全的。同时,实验对比结果表明该方案是高效的,并且在多用户场景中是更适用的。
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