智能合约辅助下满足前后向安全的动态可搜索加密方案

动态可搜索加密过程易受文件注入攻击和信息泄露导致的信息滥用攻击,同时现有基于公钥密码体制构造的动态可搜索加密方案往往涉及大量双线性对运算,不能满足实际应用的效率要求。通过引入智能合约,提出一种满足前后向安全的动态可搜索加密方案。以智能合约取代传统的搜索服务器进行关键字陷门匹配测试,解决传统搜索服务器必须满足诚实且好奇的设定问题,在此过程中避免大量使用双线性对运算,而是只执行一些简单的哈希操作,从而提升密文数据搜索阶段的计算效率。该方案满足前向安全性和后向安全性,即旧的搜索陷门不能用于搜索更新后的文件,且后续搜索不会泄露已删除文件所对应的索引信息。分析结果表明,与现有公钥密码体制下的动态可搜索加密方案相比,该方案在安全性和计算效率方面更具优势,适用于大数据通信环境。     

前向安全的多用户多关键词可搜索加密方案

通过分析现有的动态可搜索加密方案，针对多用户动态可搜索加密方案不支持多关键词搜索和存在搜索效率不佳等问题，提出一种满足前向安全的多用户多关键词可搜索加密方案。使用布隆过滤器得到多关键词的检索文件，利用双线性的性质实现多用户的访问控制，检索结果更佳；搜索陷门由代理服务器和授权用户共同实现，保证陷门的安全；根据关键词状态信息和状态的单向访问索引结构，实现前向安全。通过可证明安全分析了方案的安全性。     

指定使用者的多服务器多关键字可搜索加密方案

针对现有可搜索加密方案中密文检索效率低、搜索结果不精确以及不支持数据使用者身份验证等问题,在无证书密码体制下,提出一种指定使用者且多服务器多关键字的可搜索加密方案。使用多服务器和多关键字技术在降低服务器负荷的同时提高用户检索密文的速度,使搜索结果更加精确。在搜索验证阶段,搜索服务器验证数据使用者的身份,若身份合法则存储服务器根据关键字向数据使用者返回相应密文。性能分析结果表明,在随机预言机模型下该方案可以抵抗内外关键字猜测攻击,且能够在降低计算开销的同时提高搜索效率,在安全性和效率方面均具备一定优势。     

支持关键字更新的基于属性可搜索加密方案

针对云存储环境中重要通知、广播消息、数据共享等敏感性较高的数据访问控制需求,提出和设计出一种适用于云存储环境支持关键字更新的可搜索加密方案。方案中的文件明文采用基于属性的加密算法,可以实现文件密文只加密一次就可被多个用户私钥搜索,避免了针对不同用户数据拥有者需要多次加密的问题,降低了网络开销。但是现有的基于属性的可搜索加密方案无法实现文件索引的更新,针对此问题,采用带计数器的布隆过滤器对文件关键字进行处理,能够允许用户在索引密文中添加或者删除关键字,实现文件索引的动态更新,提高了检索效率。给出方案的正确性分析、安全分析以及效率分析。分析结果表明:文件索引和陷门经过带计数器的布隆过滤器并进行向量加密后,的确能够实现增加和删除关键字;采用对称加密的思想对文件和索引进行加密后,明文和索引也都是安全的;通过与其他方案的计算量和适应性对比,可以发现方案的计算量较低,适应性强。     

基于区块链的多关键字属性基可搜索加密方案

云存储服务的出现可将文件上传至云服务器, 节约了本地的信息存储空间以及管理开销。文件以明文的形式存储显然无法满足隐私保护和安全需求, 但若将加密后的文件上传至云服务器, 将失去搜索原文件的能力。因此, 可搜索加密技术的出现解决了用户如何在文件不解密的情况下搜索加密数据。目前现有的单关键字可搜索加密方案会产生许多与检索内容不符合的信息,没有考虑数据用户细粒度搜索权限和搜索效率, 以及因云存储的集中化带来的数据安全和隐私保护等问题。针对以上问题, 该文提出了基于区块链的多关键字属性基可搜索加密方案。该方案使用多关键字可搜索加密技术实现了加密数据的有效搜索; 利用基于属性的加密技术实现加密数据的细粒度访问控制; 结合区块链的智能合约技术, 经过多笔交易获得搜索结果。并且利用区块链的不可篡改性, 满足了方案中相关性质的公平性, 保证了在方案中三方的公平性和安全性并进行了相关分析。在随机预言机模型下, 基于困难问题假设证明了方案的关键字安全及陷门安全, 即所提方案满足在选择关键字攻击下的关键字密文不可区分性安全和陷门不可区分性安全。最后通过数值分析表明该方案在关键字密文生成阶段和关键字搜索阶段具有较高的效率。并展望了在未来的工作中考虑将其应用于电子病历数据共享等场景中, 以获得更实用的价值。     

可撤销的多关键字公钥可搜索加密方案

在云计算应用中,为保证隐私数据安全,用户需要将数据在本地加密后再上传至云服务器。可搜索加密技术允许用户直接检索服务器上的加密数据,获得检索权限的用户往往可以无限制地检索密文。在现实应用中,用户密钥的丢失及恶意攻击容易对隐私数据产生安全威胁,用户不应该持续保持对数据的检索能力。为此,提出了一个支持用户检索权限撤销的公钥可搜索加密方案。将系统的整个生命周期划分为不同时段,下个时段的密文由上个时段的密文进化而来,通过密文进化及时间密钥的分发控制实现用户权限的撤销。方案在支持多关键字检索的同时降低方案的计算开销,并且撤销用户对此前时刻所有密文的检索能力,保证密文的前向安全性。     

不可信更新的前向安全公钥加密方案：安全性模型和构造

已提出的不可信更新的前向安全公钥加密方案没有安全性证明,因此对方案的安全性存在质疑。对前向安全公钥加密方案进行扩展,给出首个具有可证明安全的不可信更新前向安全公钥加密方案。首先给出了不可信更新的前向安全公钥加密的方案定义和形式化安全性模型;根据方案定义,运用双线性映射技术以及高效的对称加密机制,提出一个不可信更新的前向安全公钥加密方案,并在随机预言机模型下证明了该方案的安全性。通过分析,该方案具有定长密文,定长私钥,固定加/解密开销,固定密钥更新开销的特点,具有一定的实用性。     

区块链上基于云辅助的属性基可搜索加密方案

可搜索加密技术在不解密的情况下搜索加密数据.针对现有的可搜索加密技术没有考虑数据用户细粒度搜索权限的问题,以及现有的可搜索加密方案中因云存储的集中化对数据安全和隐私保护带来的问题,提出了区块链上基于云辅助的属性基可搜索加密方案.该方案利用可搜索加密技术实现加密数据在区块链上的安全搜索,利用基于属性的加密技术实现数据的细粒度访问控制,利用区块链不可篡改的特性确保关键字密文的安全.在该方案中属性基加密技术用来加密关键字,区块链上存储关键字密文,云服务器上存储关键字密文和数据密文.基于困难问题假设,证明该方案能够保证关键字密文和陷门的安全性.数值实验结果表明:该方案在密钥生成阶段、陷门生成阶段、关键字搜索阶段具有较高的效率.     

基于差分隐私的多模式隐藏动态对称可搜索加密方案

动态对称可搜索加密(dynamic symmetric searchable encryption,DSSE)在近年来已经成为数据隐私保护方面至关重要的原语,它能够允许客户端对保存于云服务器的加密数据执行高效的检索和更新操作,而仅向服务器泄露少量经过严格定义的信息,如搜索模式、访问模式、更新模式和容量泄露.然而,越来越多的研究发现,一些强大的敌手能够利用DSSE的泄露执行特定攻击,从而破坏数据和检索的隐私性.以往方案往往利用隐私数据查询,茫然随机存取器和存储补齐等技术来压缩甚至消除泄露信息,这些技术能够提供较好的安全性,但是存在计算、通信和存储复杂度过高的问题,难以实用.为了实现更好的安全和效率平衡,提出想法:首先引入差分隐私这一安全概念,提出了一种新的填充方法-差分隐私填充(differential privacy padding,DPP),在保证安全性的同时降低了存储负载.随后在多服务器模式下提出了一种称为"MDSSE"(multi dynamic searchable symmetric encryption)的动态搜索更新方案,通过对DPP的动态运用实现容量、更新以及搜索模式隐藏,保证了前向安全和后向安全.对于方案的安全性证明,扩展了对于更新历史的定义,提出了适用于方案的差分更新历史DP-Update.实验表明:方案可以抵御泄露滥用攻击,并具有较高的存储与通信效率.     

对称可搜索加密的安全性研究进展

为节约本地存储空间以及管理开销,文件可通过云存储服务被上传到云服务器。云存储服务作为一项重要的云技术已得到了广泛的研究和应用。文件以明文的形式存储显然无法满足隐私保护和安全需求,但若以传统的加密方式将加密后的文件上传服务器又使服务器失去检索原文件的能力。可搜索加密(Searchable Encryption,SE)是近年来发展的一种支持用户在密文上进行关键字查找的密码学原语,它将用户的文件进行特殊的加密后上传到云服务器上,实现服务器可以根据关键字进行安全检索文件的功能,在方便用户使用的同时,也保护了文件的隐私安全。本文介绍了可搜索加密的基本概念,从对称可搜索加密的构建方法和加密手段出发,归纳总结了已有的对称可搜索加密的安全性结果。我们重点梳理了对称可搜索加密的适应性安全模型的发展历程,分析了推理攻击,文件注入攻击,以及新的安全模型与对抗手段,并指出目前可搜索加密安全性研究所面临的主要问题以及未来的发展方向。     

车载自组网中基于属性的可搜索加密和属性更新

目前,车载自组网(VANET)在汽车行业和研究领域都得到了极大的关注,尤其是在用户的隐私保护方面.雾计算是云计算的延伸,它能够有效的减小网络延迟,其反应性更强.相较云计算,使用雾计算减少了发送到云端和从云端发送的数据量,安全风险也得到了进一步的降低.由于基于密文策略的加密(CP-ABE)适用于存储在云上的数据的细粒度的访问控制以及基于关键字的可搜索加密可以使用户快速查找存储在云服务器上的感兴趣数据和不泄露任何搜索关键字的信息.因此,本文提出了基于属性的可搜索加密和属性更新,它是将基于属性的加密方案和关键字搜索加密方案相结合.该方案支持用户属性更新,不合法车辆用户不会对存储的数据有访问权限,从而实现对不合法车辆用户的撤销.同时它也实现了车-雾-云三者之间的通信,在通信过程中其将部分加密和解密计算外包给雾节点,减少了用户的计算代价.此外,通过性能分析表明了所提方案在功能性和计算复杂度两方面都具有较好的优势.     

云环境下基于属性的多关键字可搜索加密方案

可搜索加密技术可在不解密数据密文的同时实现密文关键字的检索,很好地保护了数据存储方的隐私。针对目前大多数可搜索加密方案无法支持用户自定义搜索策略的问题,提出了一种安全、高效、可支持任意表达的基于属性可搜索加密方案。该方案首先基于LSSS搜索结构,支持任意合取、析取或单调布尔表达式的多关键字搜索策略,用户使用私钥为LSSS搜索策略生成陷门,云服务器通过陷门可以搜索包含满足特定关键字搜索策略的密文;其次,通过与基于属性加密方案结合,可以实现对云中加密数据的细粒度访问控制;另外,该方案通过将关键字拆分成关键字名和关键字值以及“线性拆分”技术,使得攻击者无法从密文和陷门中推测出关键字值敏感信息;最后,通过将部分解密工作转移到云服务器来降低用户的计算负担。基于DBDH、(q-2)和判定线性假设证明了所提方案的安全性,理论分析和实验结果也表明了该方案的有效性。     

基于属性代理重加密技术与可容错机制相结合的数据检索方案

针对云服务器上用户信息的隐私问题,提出一种基于属性代理重加密技术与容错机制相结合的方案。该方案将用户存储的数据分为文件和文件的安全索引,将其分别进行加密后存储在不同的云服务器上。首先,利用倒排序结构构造文件的安全索引,并使用模糊提取器对关键字进行预处理,用户可以通过该安全索引进行容错的多关键字搜索;其次,设置访问控制树对解密密钥重加密,实现权限管理,即实现数据在云端的有效共享;最后,通过Complex Triple Diffle-Hellman难题证明该方案生成的系统主密钥是安全的,因此该方案在云环境下也是安全的。与已有的方案的对比分析表明,该方案可减少密钥重加密、解密 等的计算量,同时通过加入容错处理机制提高了数据检索的效率。     

基于云存储的多用户可搜索加密方案

云存储服务允许用户外包数据并以此来降低资源开销。针对云服务器不被完全信任的现状,文章研究如何在云环境下对数据进行安全存储和加密搜索。多用户的可搜索加密方案为用户提供了一种保密机制,使用户可以在不受信任的云存储环境下安全地共享信息。在现有的可搜索加密方案的基础上,文章提出了一种安全有效的带关键字搜索的加密方案,以及更加灵活的密钥管理机制,降低了云端数据处理的开销。     

支持文件动态更新的基于属性可搜索加密方案

针对云存储环境中重要通知、消息广播、数据共享等敏感性较高的数据访问控制需求,提出和设计一种云存储环境中支持文件动态更新的可搜索加密方案。方案中的文件明文采用基于属性的加密算法加密,将密文与私钥和属性相关联,可以非常灵活的表示访问控制策略,大大降低了数据共享细粒度访问控制所带来的网络带宽和发送节点的处理开销,可以实现文件只加密一次就可被多个用户私钥搜索,避免了针对不同用户需要多次加密的问题。但是现有的基于属性的可搜索加密方案无法实现文件的动态更新操作,针对此问题,采用对称可搜索加密的思想来建立索引,这种通过数组和链表来来存储索引信息的方式可以实现只搜索一次就可以获得包含此关键字的所有文件,无需逐个文件进行遍历,所以具有较高的搜索效率。并通过添加额外删除数组、列表,实现了文件的动态更新,可以增加或者删除密文文件。最后给出了方案的安全性分析和性能分析,并与几种类似的索引建立方案进行了对比,对比发现本方案搜索效率高,索引长度较少,实现了文件的动态更新还能达到更高的安全级别（CKA-2）,具有更好的应用性和扩展性。     

支持语义扩展的动态多关键词密文排序检索

针对云存储环境下已有的动态多关键词密文排序检索方案不支持关键词语义扩展、不具备前向安全和后向安全的问题，提出一种支持语义检索且具备前向安全和后向安全的动态多关键词密文排序检索方案。该方案通过构建语义关系图实现查询关键词的语义扩展；使用树索引结构实现数据的检索和动态更新；利用向量空间模型实现多关键词排序搜索；基于安全K近邻算法对维度扩展后的索引和查询向量进行加密。安全性分析表明，该方案在已知密文模型下是安全的且具有动态更新时的前向安全和后向安全。效率分析及仿真实验结果表明，该方案在服务器检索效率方面优于目前同类型具有相同安全性或相同功能的方案。     

基于区块链的动态可验证对称可搜索加密方案

对称可搜索加密(symmetric searchable encryption, SSE)能实现密文数据的检索而不泄露用户隐私, 在云存储领域得到了广泛的研究与应用. 然而, 在SSE方案中, 半诚实或者不诚实的服务器可能篡改文件中的数据, 返回给用户不可信的文件, 因此对这些文件进行验证是十分必要的. 现有的可验证SSE方案大多是用户本地进行验证, 恶意用户可能会伪造验证结果, 无法保证验证的公平性. 基于以上考虑, 提出一种基于区块链的动态可验证对称可搜索加密方案(verifiable dynamic symmetric searchable encryption, VDSSE); VDSSE采用对称加密实现动态更新过程中的前向安全; 在此基础上, 利用区块链实现搜索结果的验证, 验证过程中, 提出一种新的验证标签——Vtag, 利用Vtag的累积性实现验证信息的压缩存储, 降低验证信息在区块链上的存储开销, 并能够有效支持SSE方案的动态验证. 由于区块链具有不可篡改的性质, 验证的公平性得以保证. 最后, 对VDSSE进行实验评估和安全性分析, 验证方案的可行性和安全性.     

基于Paillier加密的数据多副本持有性验证方案

云存储服务中,用户将数据存储在不可信的云储存服务器上,为检查云存储中服务提供商(CSP)是否按协议完整地存储了用户的所有数据副本,提出一种 支持对数据副本进行动态操作 的基于Paillier加密的数据多副本持有性验证方案, 即DMR-PDP方案。该方案为实现多副本检查,将文件块以文件副本形式存储在云服务器上,将各副本编号与文件连接后利用Paillier密码系统生成副本文件以防止CSP各服务器的合谋攻击。利用BLS签名实现对所有副本的批量验证。将文件标志和块位置信息添加到数据块标签中,以保证本方案的安全性,支持对文件的动态更新操作。安全性分析和仿真实验结果表明,该方案在安全性、通信和计算开销方面的性能优于其他文献提出的方案,极大地提高了文件存储和验证的效率,减少了计算开销。     

区块链中匿名属性验证可搜索加密方案

为保护数据用户属性隐私,防止属性隐私泄露,提出一种属性基可搜索加密算法。利用对称加密算法对数据拥有者信息进行加密并将加密后的信息上传到星际文件系统;使用属性基可搜索加密算法对数据关键字进行加密并将加密结果上传到区块链中,实现数据密文和关键字密文的分布式存储;使用智能合约实现关键字安全搜索,避免云服务器返回不相关搜索结果。方案的安全性是基于Diffie-Hellman困难性假设,理论分析和实验结果表明,该方案具有较好的用户隐私保护效果和计算开销。     

可验证的多用户云加密关键字搜索方案

针对云环境下多用户访问和大数据量存储的特点,提出了一种云环境下加密关键字搜索方案。与已有的大多数方案相比,该方案使用签名绑定关键字索引和其关联加密文件,实现了查询结果完备性和完整性的验证,使用重加密技术实现了多用户隐查询,并动态更新用户查询权限。此外,该方案在查询过程中使用哈希查询优化索引结构,实现了对云数据的快速访问。安全性分析表明,该方案是安全的;性能分析及仿真实验结果表明该方案和已有的一些算法相比有了较大的性能提升。