可公开定责的密文策略属性基加密方案

属性基加密利用属性集和访问结构之间的匹配关系实现用户解密权限的控制,从功能上高效灵活地解决了“一对多”的密数据共享问题,在云计算、物联网、大数据等细粒度访问控制和隐私保护领域有光明的应用前景。然而,在属性基加密系统中(以密文策略属性基加密为例),一个属性集合会同时被多个用户拥有,即一个解密私钥会对应多个用户,因此用户敢于共享其解密私钥以非法获利。此外,半可信的中心存在为未授权用户非法颁发私钥的可能。针对属性基加密系统中存在的两类私钥滥用问题,通过用户和中心分别对私钥进行签名的方式,提出一个密文策略属性基加密方案。该方案支持追踪性和公开定责性,任何第三方可以对泄露私钥的原始持有者的身份进行追踪,审计中心可以利用公开参数验证私钥是用户泄露的还是半可信中心非法颁发的。最后,可以证明方案的安全性基于其依赖的加密方案、签名方案。     

基于身份多条件代理重加密的文件分级访问控制方案

针对传统文件共享方案存在文件易泄露、文件去向难以控制、访问控制复杂等问题,以及云端文件分级分类管理及共享的应用需求,提出了一种基于身份多条件代理重加密的文件分级访问控制方案。首先,将文件的权限等级作为密文生成条件,并引入可信分级管理单元确定并管理用户等级;然后,生成用户分级访问权限重加密密钥,解决了基于身份的条件代理重加密方案只能限制代理服务器的重加密行为而对用户权限限制不足的问题;同时,减轻了用户端的负担,即用户只需进行加解密操作。不同方案的对比分析结果表明,所提方案与现有访问控制方案相比有明显优势,无需用户直接参与即可完成用户访问权限的更新,并且具有上传者匿名的特点。     

可追踪并撤销叛徒的属性基加密方案

属性基加密(ABE)是一种有效地对加密数据实现细粒度访问控制的密码学体制.在ABE系统中,存在恶意用户(或叛徒)泄露私钥生成盗版解码器,并将其分发给非法用户的问题.现有的解决方案仅能追查到密钥泄漏者的身份,但不能将其从ABE系统中撤销.文中提出了一种既可追踪又可撤销叛徒的属性基加密方案(ABTR).首先,给出一个具有扩展通配符的属性基加密方案(GWABE),基于3个3素数子群判定假设,采用双系统加密方法证明该GWABE方案是完全安全的.然后,利用完全子树构架将GWABE转化成ABTR方案,并证明该ABTR方案是完全安全的,且用户私钥长度是固定的.而此前的可追踪叛徒的ABE方案仅满足选择安全性.     

Removing escrow from ciphertext policy attribute-based encryption

Attribute-based encryption (ABE) is a promising cryptographic primitive for fine-grained access control of distributed data. In ciphertext policy attribute-based encryption (CP-ABE), each user is associated with a set of attributes and data are encrypted with access policies on attributes. A user is able to decrypt a ciphertext if and only if his attributes satisfy the access policy embedded in the ciphertext. However, key escrow is inherent in ABE systems. A curious key generation center in that construction has the power to decrypt every ciphertext. We found that most of the existing ABE schemes depending on a single key authority suffer from the key escrow problem. In this study, we propose a novel CP-ABE key issuing architecture that solves the key escrow problem. The proposed scheme separates the power of issuing user keys into two parties: the key generation center and the attribute authority. In the proposed construction, the key generation center and the attribute authority issue different parts of secret key components to users through a secure two-party computation protocol such that none of them can determine the whole set of keys of users individually. We demonstrate how the proposed key issuing protocol can be applied in the existing CP-ABE scheme and resolve the key escrow problem.     

Hierarchical attribute-based encryption and scalable user revocation for sharing data in cloud servers

With rapid development of cloud computing, more and more enterprises will outsource their sensitive data for sharing in a cloud. To keep the shared data confidential against untrusted cloud service providers (CSPs), a natural way is to store only the encrypted data in a cloud. The key problems of this approach include establishing access control for the encrypted data, and revoking the access rights from users when they are no longer authorized to access the encrypted data. This paper aims to solve both problems. First, we propose a hierarchical attribute-based encryption scheme (HABE) by combining a hierarchical identity-based encryption (HIBE) system and a ciphertext-policy attribute-based encryption (CP-ABE) system, so as to provide not only fine-grained access control, but also full delegation and high performance. Then, we propose a scalable revocation scheme by applying proxy re-encryption (PRE) and lazy re-encryption (LRE) to the HABE scheme, so as to efficiently revoke access rights from users.     

访问策略隐匿的可追责层次属性加密方案

在传统的属性加密方案中,用户可能会共享私钥给具有相同属性集的多个用户而不怕被追责;此外,访问策略包含的信息可能会泄露用户隐私。针对这2个问题,提出一种可追责的隐匿策略的层次化属性加密方案。该方案在合数阶双线性群下基于访问树进行构造,具有灵活的表达能力,在访问策略中插入合数阶子群的随机元素实现策略隐匿;将用户标识加入私钥运算中,实现对泄露信息的违规用户的可追责;使用层次授权体系,降低单权威授权的计算负荷,提高了整体安全性和效率。实验结果和效率对比分析表明,该方案在加解密计算开销方面具备优势,且支持访问策略的隐匿和对违规用户的追责,大大提高了方案的安全性。     

Secure and efficient data collaboration with hierarchical attribute-based encryption in cloud computing

With the increasing trend of outsourcing data to the cloud for efficient data storage, secure data collaboration service including data read and write in cloud computing is urgently required. However, it introduces many new challenges toward data security. The key issue is how to afford secure write operation on ciphertext collaboratively, and the other issues include difficulty in key management and heavy computation overhead on user since cooperative users may read and write data using any device. In this paper, we propose a secure and efficient data collaboration scheme, in which fine-grained access control of ciphertext and secure data writing operation can be afforded based on attribute-based encryption (ABE) and attribute-based signature (ABS) respectively. In order to relieve the attribute authority from heavy key management burden, our scheme employs a full delegation mechanism based on hierarchical attribute-based encryption (HABE). Further, we also propose a partial decryption and signing construction by delegating most of the computation overhead on user to cloud service provider. The security and performance analysis show that our scheme is secure and efficient.     

基于多授权中心属性基加密的多域云访问控制方案

针对多授权属性基加密方案的合谋攻击和多域共享数据问题,提出了一种基于多授权中心属性基加密的多域云访问控制方案。中央认证机构不参与用户私钥的生成过程,有效避免了用户与授权机构之间的联合攻击;通过线性秘密共享方案和代理重加密技术,云服务器对上传的数据文件进行重加密,实现了单域和多域用户数据的共享。分析结果表明,新方案在用户私钥生成和文件加/解密上具有较高的性能,并在q parallel BDHE假设下是自适应性安全的。     

基于格和分层身份结构的广播加密方案

提出基于格和分层身份结构的广播加密方案。该方案采用格表示用户身份信息,通过格和子格的结构关系表示分层结构,以格的短基表示用户的私钥,利用格基生成算法迭代生成每层格的短基,基于格中错误学习难题设计加、解密算法。理论分析证明,对于非授权用户,该方案在适应性选择密文攻击下具有不可区分安全性,对于授权用户,在选择密文攻击下具有前向安全性,与基于双线性对的广播加密方案相比计算速度更快。     

用户和属性授权机构可追责的在线/离线属性基加密方案

属性基加密作为一种一对多的加密机制,能够为云存储提供良好的安全性和细粒度访问控制。但在密文策略属性基加密中,一个解密私钥可能会对应多个用户,因此用户可能会非法共享其私钥以获取不当利益,半可信的属性授权机构亦可能会给非法用户颁发解密私钥。此外,加密消息所产生的指数运算随着访问策略复杂性的增加而增长,其产生的计算开销给通过移动设备进行加密的用户造成了重大挑战。对此,文中提出了一种支持大属性域的用户和属性授权机构可追责的在线/离线密文策略属性基加密方案。该方案是基于素数阶双线性群构造的,通过将用户的身份信息嵌入该用户的私钥中实现可追责性,利用在线/离线加密技术将大部分的加密开销转移至离线阶段。最后,给出了方案在标准模型下的选择性安全和可追责证明。分析表明,该方案的加密开销主要在离线阶段,用于追责的存储开销也极低,其适用于使用资源受限的移动设备进行加密的用户群体。     

支持撤销的位置分层属性加密研究

基于属性加密的位置分层访问方案允许用户依据自身情况灵活设置自己的位置访问信息,不仅解决了社交网络中位置共享问题,还在算法上进行改进使解密效率得以提升。但在系统运行过程中,存在用户有更正自己属性信息的需求或运行过程中部分私钥遭泄露的可能,因此支持撤销对于系统安全非常必要。基于此提出了一种支持撤销的位置分层属性加密方案,将部分解密运算外包给解密服务器,并结合了双因子身份认证的方法。该方案在减少用户计算代价的同时,提高了算法的安全性。     

基于密文策略属性加密的云存储访问控制方案

针对现有方案存在的访问策略公开、密文存储开销较大的问题,提出一种支持策略隐藏且固定长度密文的云存储访问控制方案,并在安全模型下证明方案可抵抗选择明文攻击。方案中用户私钥由多个授权机构共同生成,中央授权机构不参与生成任何主密钥与属性私钥;访问结构隐藏在密文之中,恶意用户无法通过访问结构获取敏感信息。此外,方案实现了固定密文长度,并且加密时的指数运算和解密时的双线性对运算次数均是固定值。最后,理论分析和实验结果表明该方案在密文长度和加解密时间上都明显优于对比方案。     

云计算多授权中心CP-ABE代理重加密方案

代理重加密技术可使代理在不知道明文的条件下实现密文访问策略转换,这使代理重加密成为用户之间进行数据分享的重要技术。然而,代理重加密方案大多数是在单授权中心下构建的,存在授权机构权限大、易出现性能瓶颈和用户的计算开销大等问题。同时,大多数方案不满足代理重加密应具备的5个基本特性：单向性、可控性、非交互性、可重复性与可验证性。为解决以上问题,提出支持重复可控特性的云计算多授权中心CP-ABE（ciphertext-policy attribute-based encryption）代理重加密方案。在密文策略属性加密方案的基础上,引入代理加密和代理解密服务器从而减小用户客户端的计算开销,设置多个属性授权中心来分散中央机构权限。对代理重加密技术进行改进：在重加密密钥中设置随机因子和密文子项来实现单向性和可控性;设置的重加密密钥由客户端独立生成,不需要其他服务器参与,可实现非交互性,即可在数据拥有者为不在线状态时也可以进行数据分享;在初始密文中设置密文子项,对其多次加密即可实现重复性;在初始密文中设置验证子项,用户可验证外包以及重加密结果正确与否。通过与其他方案对比发现,所提方案的用户客户端计算开销较小,用户只需进行常数次的指数运算即可对原始密文解密,且安全性分析表明,所提方案基于q-parallel BDHE假设,在标准模型下可抵抗选择密文攻击。     

LR-FEAD: leakage-tolerating and attribute-hiding functional encryption mechanism with delegation in affine subspaces

In large-scale networks, such as cloud computing and Internet of Things, functional encryption mechanism provides a flexible and powerful cryptographic primitive in constructing the secure transmission and communication protocols. However, as the side-channel attacks in open environments, the attacker can gain partial sensitive information from the pre-defined system by virtue of the time, power analysis, cold-boot attacks, etc. In this work, we design a leakage-resilient functional encryption scheme, which tolerates amount of bounded master-key leakage and user private-key leakage. In our scheme, encryption policies are specified as point vectors and decryption roles are defined as affine subspaces. Role delegation is implemented by specifying the affine transformation over subspaces. Our scheme achieves payload hiding and attribute hiding in the sense that the attacker is able to specify any efficiently computable leakage functions and learns the function outputs taking the master/private keys as inputs. Also, our scheme can tolerate the continual leakage for master key and private key, since we can periodically update the master key and the private key to generate a new and re-randomized key with the same distribution to the previous keys. We construct the scheme in composite-order bilinear groups and prove the security with dual system encryption methodology. We also analyze and discuss the performance of allowable leakage bound, leakage ratio and possible leakage probability. Our scheme has flexible applications in secure data communication and authorization delegation in open cloud computing systems.     

密钥弹性泄漏安全的通配模板层次委托加密机制

传统的密码方案假定密钥对可能的攻击者来说是完全隐藏的(只有算法是公开的),敌手无法获得有关密钥的任何信息.但在实际系统中,攻击者可在噪声信道或由侧信道攻击获得有关密钥的部分信息.密钥弹性泄漏安全的加密方案通过改进密码算法达到在密钥存在可能部分泄漏情况下的语义安全性.设计了一个抗密钥弹性泄漏的可委托层次模板加密方案.在该方案中,用户身份关联到含有通配符的身份模板,并可以实现再次密钥委托.该方案是抗泄漏的层次身份加密方案(hierarchical identity-based encryption,简称HIBE)和隐藏向量加密方案(hidden vector encryption,简称HVE)的一般扩展,可有效地抵抗密钥弹性泄漏,并达到自适应语义安全性.同时给出该方案的安全性证明和系统抗泄漏性能,分析显示,该方案具有较好的密钥泄漏容忍性.     

一个安全公钥广播加密方案

消息的发送者使用广播加密算法通过广播信道将消息发送给用户.公钥加密算法和追踪算法结合在一起,可构成一个公钥广播加密方案.提出了一个完全式公钥广播加密方案.在以往公钥广播加密方案中,消息发送中心替每个用户选择解密私钥,分配解密私钥.而在完全式公钥广播加密方案中,用户的解密私钥是由用户自己所选择的.用户可以随时加入或退出广播系统.当消息发送者发现非法用户时,不要求合法用户作任何改变,就能够很方便地取消这些非法用户.此外,证明了方案中加密算法在DDH假设和适应性选择密文攻击下是安全的.     

区块链中可验证外包解密的匿名属性加密方案

属性加密是云计算环境下实现数据机密性和细粒度访问控制的关键技术。然而,一般的属性加密方案中存在访问策略敏感信息泄露、解密成本高、属性授权机构权力过大等问题。为了解决上述问题,提出一种基于区块链的可验证外包解密的匿名属性加密方案。该方案使用策略隐藏保护敏感属性信息,通过两方共同生成完整属性密钥,在解密前进行属性匹配操作。利用区块链不可篡改性存储验证参数存储对第三方外包解密结果进行正确性验证,并使用区块链生成、存储属性证书。在随机谕言模型下证明了选择性密文策略和选择明文攻击的安全性,并与其他方案进行功能、通信开销对比,使用PBC Go密码学库对方案进行仿真,仿真结果表明该方案可以有效地减少用户解密开销。     

基于区块链和属性基加密的个人隐私数据保护方案

针对用户使用第三方应用提供的服务时所带来的隐私泄露问题,提出一种基于属性基加密和区块链的个人隐私数据保护方案.方案利用区块链来保存个人隐私数据的哈希值和第三方应用的属性集,而真正的隐私信息利用属性基算法加密后保存在分布式哈希表中.本方案实现了个人数据的一对多的安全传输和数据的细粒度访问控制;针对用户在不同时期的需求动态变化的特点,提出了一种新的属性基加密方案,用户可以随时撤销第三方应用的访问权限,并且不需要可信第三方.对整个方案进行了仿真实验,验证了方案的可行性和实用性.     

A novel logistics data privacy protection method based on blockchain

This paper is dedicated to investigating the application of blockchain in e-commerce logistics. In the traditional logistics system, the protection mechanism of complete logistics information is not perfect and the privacy of users is leaked. Although access control can ensure the confidentiality of data to some extent, the traditional centralized access control is difficult to adapt to the access control needs of the e-commerce logistics environment. On this basis, a novel access control scheme for logistics data is proposed. It combines the membership in Hyperledger and ciphertext-policy attribute-based encryption and ensures the security of the user’s private key with the membership in Hyperledger instead of the traditional key distribution center. Finally, an experimental test and verification results on Hyperledger Fabric show the feasibility of the scheme.