Access control scheme with tracing for outsourced databases

To manage dynamic access control and deter pirate attacks on outsourced databases, a dynamic access control scheme with tracing is proposed. In our scheme, we introduce the traitor tracing idea into outsource databases, and employ a polynomial function and filter function as the basic means of constructing encryption and decryption procedures to reduce computation, communication, and storage overheads. Compared to previous access control schemes for outsourced databases, our scheme can not only protect sensitive data from leaking and perform scalable encryption at the server side without shipping the outsourced data back to the data owner when group membership is changed, but also provide trace-and-revoke features. When malicious users clone and sell their decryption keys for profit, our scheme can trace the decryption keys to the malicious users and revoke them. Furthermore, our scheme avoids massive message exchanges for establishing the decryption key between the data owner and the user. Compared to previously proposed publickey traitor tracing schemes, our scheme can simultaneously achieve full collusion resistance, full recoverability, full revocation, and black-box traceability. The proof of security and analysis of performance show that our scheme is secure and efficient.     

基于云雾计算的可追踪可撤销密文策略属性基加密方案

针对资源受限的边缘设备在属性基加密中存在的解密工作开销较大,以及缺乏有效的用户追踪与撤销的问题,提出了一种支持云雾计算的可追踪可撤销的密文策略属性基加密（CP-ABE）方案。首先,通过对雾节点的引入,使得密文存储、外包解密等工作能够放在距离用户更近的雾节点进行,这样既有效地保护了用户的隐私数据,又减少了用户的计算开销;其次,针对属性基加密系统中用户权限变更、用户有意或无意地泄露自己密钥等行为,加入了用户的追踪和撤销功能;最后,通过算法追踪到做出上述行为的恶意用户身份后,将该用户加入撤销列表,从而取消该用户访问权限。性能分析表明,所提方案用户端的解密开销降低至一次乘法运算和一次指数运算,能够为用户节省大量带宽与解密时间,且该方案支持恶意用户的追踪与撤销。因此所提方案适用于云雾环境下计算资源受限设备的数据共享。     

Efficient trace and revoke schemes

Our goal is to design encryption schemes for mass distribution of data , which enable to (1) deter users from leaking their personal keys, (2) trace the identities of users whose keys were used to construct illegal decryption devices, and (3) revoke these keys as to render the devices dysfunctional. We start by designing an efficient revocation scheme, based on secret sharing. It can remove up to t parties, is secure against coalitions of up to t users, and is more efficient than previous schemes with the same properties. We then show how to enhance the revocation scheme with traitor tracing and self-enforcement properties. More precisely, how to construct schemes such that (1) each user’s personal key contains some sensitive information of that user (e.g., the user’s credit card number), in order to make users reluctant to disclose their keys. (2) An illegal decryption device discloses the identity of users that contributed keys to construct the device. And, (3) it is possible to revoke the keys of corrupt users. For the last point, it is important to be able to do so without publicly disclosing the sensitive information.     

具有访问权限撤销的外包数据加密方案

对Zhou等提出的方案(ZHOU M, MU Y, SUSILO W, et al. Privacy enhanced data outsourcing in the cloud. Journal of network and computer applications, 2012, 35(4): 1367-1373)进行分析,指出了该方案无法实现对用户访问权限进行撤销的问题。针对该方案的不足,提出一种具有撤销用户访问权限的外包数据加密方案。首先,把数据分成多个数据块并分别对每个数据块加密;其次,通过密钥导出的方法减少数据拥有者管理和保存密钥的数量;最后,对同一个加密数据构造多个解密密钥,实现对某些用户的访问权限撤销,而未被撤销用户无需进行密钥更新。与Zhou等的方案相比,所提方案不仅保持该方案中的外包数据隐私保护优点,而且还实现了用户访问权限的撤销。分析结果表明,在离散对数困难问题(DLP)假设下,所提方案是安全的。     

Generic user revocation systems for attribute-based encryption in cloud storage

Cloud-based storage is a service model for businesses and individual users that involves paid or free storage resources. This service model enables on-demand storage capacity and management to users anywhere via the Internet. Because most cloud storage is provided by third-party service providers, the trust required for the cloud storage providers and the shared multi-tenant environment present special challenges for data protection and access control. Attribute-based encryption (ABE) not only protects data secrecy, but also has ciphertexts or decryption keys associated with fine-grained access policies that are automatically enforced during the decryption process. This enforcement puts data access under control at each data item level. However, ABE schemes have practical limitations on dynamic user revocation. In this paper, we propose two generic user revocation systems for ABE with user privacy protection, user revocation via ciphertext re-encryption (UR-CRE) and user revocation via cloud storage providers (UR-CSP), which work with any type of ABE scheme to dynamically revoke users.     

Secure cloud file sharing scheme using blockchain and attribute-based encryption

This paper presents a novel collaboration scheme for secure cloud file sharing using blockchain and attribute-based encryption(ABE). Blockchain enables us to implement access control as a smart contract between data owner and users. Each data owner creates its own smart contract where in a data user can request to access a specific file by registering a transaction. In response transaction, the data owner sends the required credential to the user thereby enabling her/him to decrypt the intended file on the cloud storage. This scheme is decentralized, fault tolerant and secured against DoS attacks. The cipher-key, which is used for file encryption, is embedded into a set of coefficients of a polynomial so-called access polynomial. It is attached to the encrypted file on the cloud storage as a metadata. The data user can restore the cipher-key by means of the credential receiving in response transaction and access polynomial. The data owner uses ABE scheme in response transaction to impose her/him access policy to the file as well as preserving user anonymity. This scheme supports fast revocation of the user access by means of updating the access polynomial coefficients and without any communication overhead to non-revoked users. Through formal verification, we show that the scheme is secure in terms of secrecy of credential information and authentication of participants. Finally, the evaluation results show that our scheme is scalable with acceptable performance up to 20,000 users.     

支持访问策略隐藏和密钥追踪的轻量级医疗数据共享方案

在传统的密文策略属性基加密(Ciphertext-Policy Attribute-Based,CP-ABE)方案中,访问策略是显式存在的,这可能会泄露数据所有者的隐私,在医疗场景中会给数据所有者带来潜在的安全隐患,因此支持访问策略隐藏的方案被陆续提出.但是多数方案在实现解密测试的过程中需要生成冗余密文或密钥组件,增加...     

高效撤销的密文策略属性基加密方案

摘要：作为新型的密码学原语,属性基加密方案通过一系列属性来定义一个用户,并且实现了细粒度访问控制。然而,复杂、耗时的撤销操作成为限制属性基加密方案应用的瓶颈问题。为了解决属性基加密方案中的撤销问题,本文提出一种高效属性撤销的密文策略属性基加密方案。该方案通过固定长度的撤销列表记录撤销用户,撤销过程不必更新系统密钥及相关用户的密钥,大大降低了撤销所引起的计算开销。     

云存储中基于代理重加密的CP-ABE访问控制方案

针对云存储中基于密文策略的属性加密（CP-ABE）访问控制方案存在用户解密开销较大的问题,提出了一种基于代理重加密的CP-ABE （CP-ABE-BPRE）方案,并对密钥的生成方法进行了改进。此方案包含五个组成部分,分别是可信任密钥授权、数据属主、云服务提供商、代理解密服务器和数据访问者,其中云服务器对数据进行重加密,代理解密服务器完成大部分的解密计算。方案能够有效地降低用户的解密开销,在保证数据细粒度访问控制的同时还支持用户属性的直接撤销,并解决了传统CP-ABE方案中因用户私钥被非法盗取带来的数据泄露问题。与其他CP-ABE方案比较,此方案对访问云数据的用户在解密性能方面具有较好的优势。     

支持属性撤销的可验证外包的多授权属性加密方案

针对云存储中基于多授权属性加密（MA-ABE）访问控制方案存在数据使用者解密开销大,同时缺乏有效属性撤销的问题,提出了一种支持属性撤销的可验证外包的多授权属性加密方案。首先,利用可验证外包技术,降低数据使用者的解密开销,同时验证数据的完整性。然后,利用双线性映射保护访问策略,防止数据拥有者身份泄露。最后,利用每个属性的版本密钥实现立即的属性撤销。安全性分析表明所提方案在标准模型中判定性的q双线性Diffie-Hellman指数假设下是安全的,同时满足了前向安全性和抗合谋攻击。性能分析表明所提方案在功能性和计算开销两方面都具有较好的优势,因此所提方案更适用于云存储下多授权属性加密环境。     

支持撤销的外包加解密CP-ABE方案

属性基加密（attribute-based encryption,ABE）方案在云存储中得到了越来越广泛的应用,它能够实现细粒度的访问控制,但是现有的大多数ABE方案存在撤销方案效率低、开销大的问题。为了解决这一问题,提出一种更高效、细粒度的支持属性撤销的属性基加密方案。该方案将部分加解密运算外包给代理服务器,从而降低用户的加解密计算量。同时还提出了一种有效的属性撤销方法,该方法只需更新与撤销属性相关联的密文和用户密钥,所以属性撤销的代价很小。并结合了双因子身份认证机制,提高算法的安全性。该方案基于DBDH假设,在标准模型下被证明是安全的。     

可追踪且可撤销的基于OBDD访问结构的CP-ABE方案

针对现有属性撤销方案中存在对恶意用户的不可追踪性、用户属性不能即时撤销的问题,提出了一种可追踪且可撤销的,基于有序二叉决策图(OBDD)访问结构的,高效、有表达力、可撤销的密文策略属性基加密(CP-ABE)方案。该方案实现了用户属性的即时撤销,也能对恶意用户进行追踪。同时,所提方案采用基于OBDD的访问结构,该类型的访问结构不仅能表示任何关于属性的布尔表达式,还能同时支持访问策略中属性的正负值。该方案将部分加/解密运算外包给代理服务器,从而降低用户的加/解密计算量。该方案基于DBDH假设,在标准模型下被证明是安全的。     

高效可撤销的雾协同云访问控制方案

密文策略属性加密技术在实现基于云存储的物联网系统中数据细粒度访问控制的同时,也带来了用户与属性的撤销问题。然而,在现有的访问控制方案中,基于时间的方案往往撤销并不即时,基于第三方的方案通常需要大量重加密密文,效率较低且开销较大。为此,基于RSA密钥管理机制提出了一种高效的支持用户与属性即时撤销的访问控制方案,固定了密钥与密文的长度,借助雾节点实现了用户撤销,同时将部分加解密工作从用户端卸载到临近的雾节点,降低了用户端的计算负担。基于aMSE-DDH假设的安全性分析结果表明,方案能够抵抗选择密文攻击。通过理论分析和实验仿真表明,所提方案能够为用户属性变更频繁且资源有限的应用场景提供高效的访问控制。     

多用户通信机制中支持隐私保护的属性基动态广播加密

云计算和物联网的快速发展使多用户信息共享机制备受关注,然而当用户将个人数据上传到云服务器与不同用户共享时,未经授权的用户和不可信的第三方云服务提供商会窥探这些隐私数据,对数据安全和用户隐私构成严重威胁。此外,多用户共享机制还存在访问控制不灵活、用户撤销和动态管理等问题。为了解决这些问题,文章结合属性基加密与广播加密技术提出一种动态广播加密机制。该方案在保证数据安全的同时,利用不经意传输协议,实现了接收者的匿名,保护了用户隐私。此外,该方案还支持新用户随时动态加入系统,且不影响原用户在系统中的解密能力,并实现了用户撤销和快速解密。性能分析表明,该方案较已有方案在安全性和效率方面有明显优势。     

密文策略属性加密中的撤销控制方案

在云环境下使用数据共享功能时，由于云环境的复杂性，需要对数据进行安全保护和访问控制，这就要求使用加密机制。基于密文策略属性的加密（CP-ABE）是当前广泛使用的加密机制，它可以根据用户的属性来设置访问权限，任何具有合格访问权限的用户都可以访问数据。然而云是一个动态环境，有时可能只允许具有访问权限用户中的一部分用户访问数据，这就需要用户权限的撤销机制。然而，在CP-ABE中，访问权撤销或用户撤销是一个冗长且代价高昂的事件。所提出方案根据对CP-ABE流程的改进，在原密文中嵌入了可灵活控制的用户个人秘密，使得用户权限撤销时既不要求使用新访问策略的用户撤销数据，也不要求对数据进行重新加密，大幅减少撤销时的计算成本。与知名CP-ABE撤销方案对比，所提出方案的计算成本更低且具有良好的安全性。     

基于仲裁的SM9标识加密算法

SM9-IBE是我国于2016年发布的标识加密算法行业标准.标识加密算法以用户的标识(如邮件地址、身份证号等)作为公钥,从而降低系统管理用户密钥的复杂性.然而,标识加密算法的密钥撤销和更新问题却变得更加困难.此外,SM9算法的结构特殊使得已有技术无法完全适用于该算法.为此,本文提出一种基于仲裁的SM9标识加密算法,可快...     

基于椭圆曲线加密且支持撤销的属性基加密方案

在云终端用户资源受限的场景中,传统属性基加密方案中存在着计算开销大以及不能实现实时撤销的不足。为了实现云端数据安全高效的共享,提出了一种基于椭圆曲线加密（ECC）算法且支持细粒度撤销的属性基加密方案。该方案使用计算较轻量级的椭圆曲线上的标量乘法代替传统属性基加密方案中计算开销较大的双线性配对,以降低系统中用户在解密时的计算开销,提高系统的效率,使方案更适用于资源受限的云终端用户场景。利用表达能力更强和计算更高效的有序二元决策图（OBDD）结构来描述用户定义的访问策略,以减少嵌入密文中的冗余属性来缩短密文长度。为每个属性建立一个由拥有该属性用户组成的属性组,并为组内每个成员生成唯一的用户属性组密钥。当发生属性撤销时,利用最小子集覆盖技术为组内剩余成员生成新的属性组,实现实时的细粒度属性撤销。安全分析表明,所提方案具有选择明文攻击不可区分性、前向安全性和后向安全性;性能分析表明,所提方案在访问结构表达和计算能力上优于（t,n）门限秘密共享方案和线性秘密共享方案（LSSS）,其解密计算效率满足资源受限的云终端用户的需求。     

基于扩展属性基功能加密的有效外包计算

针对目前属性基加密（ABE）方案存在的主要问题,即访问策略功能单一的问题和密文的大小和解密时间随着访问公式的复杂性增加而增长的问题,提出了有效外包计算的多功能ABE方案。首先,通过对敏感数据的细粒度访问控制,实现了不同功能加密系统;然后,利用云服务器巨大的计算能力进行部分解密计算,将满足访问策略的用户属性密文转化为一个（常量大小） ElGamal类型的密文;同时通过有效的验证方法保证外包运算的正确性。理论分析结果表明,与传统属性基功能加密方案相比,所提方案用户端的解密计算降低至一次指数运算和一次对运算,该方案在不增加传输量的情况下,为用户节省了大量带宽和解密时间。     

可追踪密钥的策略隐藏属性基加密方案

传统的属性基加密方案中存在着访问策略所包含的属性会泄露用户的敏感信息以及恶意用户泄露私钥获取非法利益而不会被追责的问题。同时私钥长度、密文长度和解密运算量均会随属性数量增加而带来较大的通信开销和计算开销。针对以上问题提出了一种可追踪且隐藏访问结构的属性基加密方案。该方案在不影响加/解密效率的前提下提高了加密算法的安全性,并采用双因子身份认证机制实现了更安全高效的访问控制。并且引入一个安全的签名机制用于支持可追踪密钥来追踪恶意用户。该方案基于DBDH假设,在标准模型下被证明是安全的。     

一种大属性域版本控制的云安全用户属性动态撤销策略

密文策略属性基加密(ciphertext-policy attribute-based encryption, CP-ABE) 作为一种一对多的数据加密技术, 因能实现密文数据安全和细粒度的权限访问控制而引起学术界的广泛关注。尽管目前在该领域已取得了一些研究成果, 然而, 大多数CP-ABE 方案均基于小属性域, 系统属性同时被多个用户共享而难以实现动态的属性撤销, 现有的属性撤销机制在功能复杂性、计算高效性、以及抗合谋攻击安全性方面存在的问题都成为它在实际应用中的障碍。针对上述问题, 提出一种大属性域版本控制的云安全用户属性动态撤销策略。该方案在密文策略属性加密中构造属性及用户版本密钥, 通过更新属性版本密钥实现用户属性撤销, 更新用户版本密钥实现用户撤销。由此避免了基于重加密实现撤销带来的计算和通信开销。该方案基于 q-DBPBDHE假设, 在随机预言模型下证明是静态性安全的。最后, 对方案进行了性能分析与实验验证, 实验结果表明:在保证密文前后向安全性的前提下, 该方案可以实现动态的用户属性撤销和用户撤销且可以抵制多重合谋攻击, 较同类方案本文方案具有较优的功能特性和计算效率。此外, 所提方案基于大属性域, 在实际应用中更加灵活。