面向多验证者的云存储数据完整性验证算法研究

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云存储的弹性扩展存储特性,为数据所有者远程存储数据提供了灵活的存储服务,也降低了数据所有者的存储运营和管理成本。这些远程存储在云服务提供商的存储空间中的数据,也给数据所有者带来了数据完整性方面的安全担忧,如数据的恶意损坏或删除等。数据完整性验证成为检测存储在云存储提供商空间中数据完整性的重要技术手段。然而,现有的验证方法仅考虑了一个验证者发起单个或多个数据验证挑战的情况,忽视了多个验证者在相对较短的时间内发起的多个数据验证挑战的验证开销给数据所有者带来的负担。同时,没有数据访问权限的用户对数据发起完整性验证会给数据所有者造成不必要的开销,而且可能会存在恶意的用户不断对存储在云服务提供商的数据发起完整性验证挑战或者发起下载请求,造成云服务提供商资源的消耗。由于数据所有者为购买云服务的消费者,因此数据所有者需要承担这些攻击以及重复计算所产生的相应费用。本文设计了一种面向多验证者的云存储数据完整性验证算法,其主要工作如下:
  首先,针对没有访问权限的用户向云存储提供商发起完整性验证造成的验证开销浪费的问题,本文设计了一种验证控制算法对用户进行验证控制。在算法中数据所有者和云服务提供商共同构建访问策略,并根据该访问策略生成验证验证者权限的验证哨兵。由于访问结构是共同生成的,云服务提供商无法得知数据所有者构造的那部分访问策略的属性,数据所有者将该部分验证哨兵生成操作外包给云服务提供商。云服务提供商对验证者进行认证,只有满足该访问策略的验证者才能对存储在云服务器上的相应数据发起完整性验证挑战。
  其次,针对多个验证者在相对较短时间内发起多个数据挑战的问题,本文提出一种多验证者和多数据验证挑战的重复验证数据的优化方法,以降低重复验证数据验证的开销。采用基于验证时间的多验证者的多验证挑战集合的动态调整,聚合相关的验证数据对象。算法将挑战集合的挑战中相同的数据对象提取到频繁项集中。根据提取出来的频繁项集对多个验证挑战的重新拆分,并分别计算每一部分的数据证据以及标签证据。对每一部分的数据证据和标签证据按照原始挑战进行组合,并将组合完成的数据证据以及标签证据发送给相应的用户,实现灵活的批数据验证。
  最后,理论分析和实验结果表明,本文的验证控制算法实现了对验证者的细粒度的访问控制,使得只有满足访问策略的验证者才能发起完整性验证或进行数据的下载;本文的重复验证数据的优化方法既保证了数据完整性验证结果的正确性,又减少了因重复计算相同验证数据所带来的多余验证开销。
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