一種云存儲(chǔ)密文檢索方法及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種云存儲(chǔ)密文檢索方法及其系統(tǒng)，該方法包括以下步驟：(1)檢索端的公鑰與私鑰生成步驟；（2）加密步驟；（3）檢索陷門生成步驟；（4）檢索實(shí)施步驟；（5）解密步驟。實(shí)施本發(fā)明，使得云存儲(chǔ)密文檢索支持AND、OR、NOT等邏輯詞嵌套的檢索策略，幫助用戶精確的獲得所需數(shù)據(jù)，降低傳輸代價(jià)，具有過程簡(jiǎn)單、計(jì)算效率高的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，本發(fā)明采用合數(shù)階群和雙線性配對(duì)進(jìn)行構(gòu)造，有效的避免了已知明文分布規(guī)律攻擊和針對(duì)訪問模式的攻擊，安全性較高。
【專利說明】一種云存儲(chǔ)密文檢索方法及其系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及云存儲(chǔ)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種云存儲(chǔ)密文檢索方法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，用戶對(duì)數(shù)據(jù)的安全性擔(dān)憂成為了阻礙云存儲(chǔ)發(fā)展的至關(guān)重要因素。因?yàn)橛脩魧?shù)據(jù)外包給云存儲(chǔ)服務(wù)提供商后，失去了對(duì)數(shù)據(jù)的直接物理控制，數(shù)據(jù)將面臨著外部網(wǎng)絡(luò)攻擊和內(nèi)部云存儲(chǔ)管理員的雙重安全威脅。
[0003]采用加密技術(shù)是解決上述安全問題的一種有方法，即用戶在本地將數(shù)據(jù)加密后再上傳至云存儲(chǔ)服務(wù)器，訪問數(shù)據(jù)時(shí)將數(shù)據(jù)下載到本地后再解密。然而，密文數(shù)據(jù)的無序性，為用戶檢索這些數(shù)據(jù)帶來了極大的困擾。因?yàn)樵拼鎯?chǔ)服務(wù)器在沒有解密密鑰的情況下，無法獲得描述文檔的關(guān)鍵字信息(如發(fā)送者、重要性、時(shí)間等)，從而無法快速的實(shí)現(xiàn)類似于SQL的查詢。為了獲得期望的數(shù)據(jù)，用戶需要下載所有的加密數(shù)據(jù)，在本地進(jìn)行解密和檢索。這一過程不僅需要較大的帶寬支持，而且需要客戶端具有較大的存儲(chǔ)和計(jì)算能力，不滿足云環(huán)境下瘦客戶端的特點(diǎn)。此外，為了滿足用戶的個(gè)性化檢索需求，云存儲(chǔ)系統(tǒng)往往需要支持復(fù)雜的檢索策略。這樣既可幫助用戶精確的獲得所需數(shù)據(jù)，又可降低傳輸?shù)拇鷥r(jià)。因此，研究云存儲(chǔ)中安全、高效并可支持復(fù)雜檢索策略的密文檢索方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004]按照應(yīng)用場(chǎng)景的不同，密文檢索方法可以分為兩類:對(duì)稱密文檢索和非對(duì)稱密文檢索。前者在數(shù)據(jù)加密與數(shù)據(jù)檢索時(shí)使用的是同一密鑰；后者在數(shù)據(jù)加密時(shí)使用的是公鑰，數(shù)據(jù)檢索時(shí)使用的是私鑰。
[0005]現(xiàn)有云環(huán)境下的密文檢索方法大多是對(duì)稱密文檢索，僅適用貢獻(xiàn)者與檢索者為同一人的應(yīng)用場(chǎng)景(單一用戶模型)。如果要支持檢索者不是貢獻(xiàn)者的應(yīng)用場(chǎng)景(多用戶模型)，就必須要為兩者建立某種安全信道，貢獻(xiàn)者通過該安全信道將密鑰發(fā)送給數(shù)據(jù)接收者。
[0006]在云存儲(chǔ)中用戶量巨大的情況下，這樣建立一對(duì)一的安全信道的代價(jià)是非常昂貴的。此外，現(xiàn)有的密文檢索方法的策略表達(dá)集中在單關(guān)鍵字等值檢索、單關(guān)鍵字模糊檢索、多個(gè)關(guān)鍵字的AND連接檢索等，而不能夠支持AND、0R、N0T等邏輯詞嵌套的檢索策略(例如:檢索“(‘發(fā)送者:Alice，OR ‘重要性:緊急’ )AND (NOT ‘時(shí)間:9月，)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中，云存儲(chǔ)服務(wù)提供商對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行加密后，無法快速的實(shí)現(xiàn)查詢操作，而將所有用戶數(shù)據(jù)下載到本地后再進(jìn)行解密和解鎖，則往往需要消耗較大的帶寬資源以及處理資源，同時(shí)，現(xiàn)有的云環(huán)境下的密文檢索方法大多是對(duì)稱密文檢索，不支持多用戶模型，以及現(xiàn)有的檢索技術(shù)存在的效率低且表達(dá)能力有限的缺陷，本發(fā)明提出了一種存儲(chǔ)密文檢索方法及其系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的技術(shù)手段是構(gòu)造一種存儲(chǔ)密文檢索方法，該方法包括以下步驟:[0009]SI，通過一密鑰生成中心PKG生成公鑰PK和私鑰SK，并將所述公鑰PK公開發(fā)布于云存儲(chǔ)服務(wù)器，將所述私鑰SK發(fā)送至檢索端；
[0010]S2,使用所述公鑰PK對(duì)文件進(jìn)行加密，生成數(shù)據(jù)密文Cd和索引密文C1,并將所述數(shù)據(jù)密文Cd和所述索引密文C1上傳至所述云存儲(chǔ)服務(wù)器；
[0011]S3，檢索端根據(jù)所述私鑰SK和檢索策略P生成檢索陷門TP，并將所述檢索陷門Tp發(fā)送至所述云存儲(chǔ)服務(wù)器；
[0012]S4，所述云存儲(chǔ)服務(wù)器使用所述檢索陷門Tp對(duì)所述索引密文C1進(jìn)行匹配運(yùn)算，若所述檢索陷門Tp與所述索引密文C1滿足匹配關(guān)系，則返回所述數(shù)據(jù)密文Cd至檢索端，若所述檢索陷門Tp與所述索引密文C1不滿足匹配關(guān)系，則返回空值；
[0013]S5，檢索端根據(jù)所述私鑰SK解密所述數(shù)據(jù)密文Cd，恢復(fù)所述文件的內(nèi)容Μ。
[0014]在本方法中，所述公鑰PK和所述私鑰SK按如下方法生成:
[0015]從公鑰函數(shù)數(shù)據(jù)庫中選取一套參數(shù)，包括兩個(gè)階為合數(shù)N的循環(huán)群G和GT，雙線性對(duì)e:GXG — GT。設(shè)$ Glh、 Gft和G依次為群G中階為Pl、p2、p3和P4的子群，且滿足N=P1P2P3P4 ;
[0016]從群Gp'中隨機(jī)選取g，Ul，...，un,在群Ga中隨機(jī)選取X3,在群G中隨機(jī)選取X4, h1；..., hn。其中，η為文件的關(guān)鍵字域的個(gè)數(shù)；
[0017]計(jì)算公鑰PK= {N、g、g°、私鑰 SK=HuJ1O^ α、Χ3}。其中，α 為群Zn中隨機(jī)選取的一個(gè)整數(shù),參數(shù)Hi=UiIip
[0018]在本方法中，數(shù)據(jù)密文Cd的計(jì)算方法為:
[0019]Cd=ICiu, CD，2}，其中Ciu為采用隨機(jī)密鑰RK和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)稱加密算法加密文件內(nèi)容M的結(jié)果，Cd,2為采用檢索者的公鑰PK和標(biāo)準(zhǔn)公鑰加密算法加密隨機(jī)密鑰RK的結(jié)果。
[0020]在本方法中，索引密文C1的計(jì)算方法為:
[0021]C1=ICcuiC0i2,，其中，Cfefe g) as、C。,= (gh)s.Z。、^ =(W.Zu , S為群Zn中隨機(jī)選取一個(gè)整數(shù)，h, Z0, Zljl,..., Zhn為從群Gp中隨機(jī)選取的元素，Wi為文件各關(guān)鍵字域中的關(guān)鍵字。
[0022]在本方法中，檢索陷門Tp按如下方式生成:
[0023]利用德摩根定律對(duì)檢索策略P中的NOT運(yùn)算符下推，讓NOT運(yùn)算符僅與關(guān)鍵字相連，將與NOT運(yùn)算符項(xiàng)連的關(guān)鍵字標(biāo)記為否定關(guān)鍵字，否則標(biāo)記為肯定關(guān)鍵字；
[0024]將檢索策略P映射為一個(gè)線性秘密共享(LSSS)表達(dá)A=(A，P，T)，其中A表示I Xm
的矩陣，P表示一個(gè)將矩陣A的每一行映射到一個(gè)關(guān)鍵字域的函數(shù)，T ={一且kl表示關(guān)鍵字域P (i)中的關(guān)鍵字；
[0025]計(jì)算檢索陷門TP=((A，P，T)，{DuDwDyhqq)。其中，Du=gM\upJ^r'-Vu, D2t=Sr--Vu, D-V3j，其中,Ai 為矩陣 A 的第 i 行組成的向量，u為群Zn中m個(gè)隨機(jī)元素組成的向量(必須滿足I.? = a )，ItJkk1為群4隨機(jī)選擇的元素，” \ 為群Gfb中隨機(jī)選擇的元素。
[0026]在本方法中，檢 索陷門Tp與索引密文C1的匹配方法為:[0027]當(dāng)存在某個(gè)集合Ie{1,...,1},使得c
【權(quán)利要求】
1.一種云存儲(chǔ)密文檢索方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: S1，通過一密鑰生成中心PKG生成公鑰PK和私鑰SK，并將所述公鑰PK公開發(fā)布于云存儲(chǔ)服務(wù)器，將所述私鑰SK發(fā)送至檢索端； S2，使用所述公鑰PK對(duì)文件進(jìn)行加密，生成數(shù)據(jù)密文Cd和索引密文C1,并將所述數(shù)據(jù)密文Cd和所述索引密文C1上傳至所述云存儲(chǔ)服務(wù)器； S3，檢索端根據(jù)所述私鑰SK和檢索策略P生成檢索陷門TP，并將所述檢索陷門Tp發(fā)送至所述云存儲(chǔ)服務(wù)器； S4，所述云存儲(chǔ)服務(wù)器使用所述檢索陷門Tp對(duì)所述索引密文C1進(jìn)行匹配運(yùn)算，若所述檢索陷門Tp與所述索引密文C1滿足匹配關(guān)系，則返回所述數(shù)據(jù)密文Cd至檢索端，若所述檢索陷門Tp與所述索引密文C1不滿足匹配關(guān)系，則返回空值； S5，檢索端根據(jù)所述私鑰SK解密所述數(shù)據(jù)密文CD，恢復(fù)所述文件的內(nèi)容Μ。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云存儲(chǔ)密文檢索方法，其特征在于，在所述步驟SI中，所述公鑰PK和所述私鑰SK按如下方法生成: 從公鑰函數(shù)數(shù)據(jù)庫 中選取一套參數(shù)，包括兩個(gè)階為合數(shù)N的循環(huán)群G和GT，雙線性對(duì)e:GXG —GT。設(shè)乂、G \和&依次為群G中階為Pl、P2、PdPP4的子群，且滿足N=P1P2P3P4; 從群義中隨機(jī)選取g，U1,...，un，在群G中隨機(jī)選取X3，在群Ga中隨機(jī)選取X4, h1；..., hn。其中，η為文件的關(guān)鍵字域的個(gè)數(shù)； 計(jì)算公鑰卩1(={隊(duì)8^、{故}1<^1^4}，私鑰51(={{11丄0^、(1、乂3}。其中，α為群Zn中隨機(jī)選取的一個(gè)整數(shù)，參數(shù)Hi=UiIv
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云存儲(chǔ)密文檢索方法，其特征在于，在所述步驟S2中，數(shù)據(jù)密文Cd的計(jì)算方法為: Cd=ICiu, Cd；2}，其中Ciu為采用隨機(jī)密鑰RK和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)稱加密算法加密文件內(nèi)容M的結(jié)果，Cd,2為采用檢索者的公鑰PK和標(biāo)準(zhǔn)公鑰加密算法加密隨機(jī)密鑰RK的結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S2中，索引密文C1的計(jì)算方法為: C1=IC0jllC0j2,其中，Z1 λ'為群Zn中隨機(jī)選取一個(gè)整數(shù)，h, Z0, Zljl,..., Z1；n為從群G中隨機(jī)選取的元素，Wi為文件各關(guān)鍵字域中的關(guān)鍵字。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云存儲(chǔ)密文檢索方法，其特征在于，在所述步驟S3中，檢索陷門Tp按如下方式生成: 利用德摩根定律對(duì)檢索策略P中的NOT運(yùn)算符下推，讓NOT運(yùn)算符僅與關(guān)鍵字相連，將與NOT運(yùn)算符項(xiàng)連的關(guān)鍵字標(biāo)記為否定關(guān)鍵字，否則標(biāo)記為肯定關(guān)鍵字； 將檢索策略P映射為一個(gè)線性秘密共享(LSSS)表達(dá)A=(A，P，T)，其中A表示I Xm的矩陣，P表不一個(gè)將矩陣A的每一行映射到一個(gè)關(guān)鍵字域的函數(shù)，T ~?^(O表示關(guān)鍵字域P (i)中的關(guān)鍵字； 計(jì)算檢索陷門 Tp= ((A，P,T), {D1;i，D2JD3Jmd 其中，
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云存儲(chǔ)密文檢索方法，其特征在于，在所述步驟S4中，檢索陷門Tp與索引密文C1的匹配方法為: 當(dāng)存在某個(gè)集合Ie {1,...,1},使得
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云存儲(chǔ)密文檢索方法，其特征在于，在所述步驟S5中，利用私鑰SK和數(shù)據(jù)密文Cd=ICi^CiuI恢復(fù)文件內(nèi)容，按如下方式進(jìn)行: 利用私鑰SK和步驟2)中所述公鑰算法解密密文CD，2，恢復(fù)出對(duì)稱密鑰RK ； 利用對(duì)稱密鑰RK和所述對(duì)稱加密算法解密密文Ciu，恢復(fù)出文件的內(nèi)容M。
8.—種云存儲(chǔ)密文檢索系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括在密鑰生成中心PKG運(yùn)行的密鑰生成子系統(tǒng)；在貢獻(xiàn)端運(yùn)行的加密子系統(tǒng)；在檢索端運(yùn)行的檢索準(zhǔn)備與解密子系統(tǒng)；在云存儲(chǔ)服務(wù)器中運(yùn)行的云存儲(chǔ)子系統(tǒng)。 所述密鑰生成子系統(tǒng)為檢索者生成公鑰和私鑰。 所述加密子系統(tǒng)包括:數(shù)據(jù)加密模塊、索引加密模塊，其中，數(shù)據(jù)加密模塊為文件生成數(shù)據(jù)密文，索引加密模塊為文件生成索引密文。 所述檢索準(zhǔn)備與解密子系統(tǒng)包括:陷門生成模塊、解密模塊，其中，陷門生成模塊生成檢索陷門，解密模塊解密數(shù)據(jù)密文。 所述云存儲(chǔ)子系統(tǒng)包括公鑰公布模塊、存儲(chǔ)模塊、檢索實(shí)施模塊，其中公鑰公布模塊將密鑰生成中心PKG產(chǎn)生的各檢索者的公鑰公開發(fā)布；存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)貢獻(xiàn)者加密后的數(shù)據(jù)密文和索引密文；檢索實(shí)施模塊將檢索陷門和索引密文進(jìn)行匹配運(yùn)算，返回滿足檢索條件的數(shù)據(jù)密文。
【文檔編號(hào)】G06F17/30GK103944711SQ201410053370
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】陳開渠, 呂志泉, 張敏, 李 昊, 洪澄, 馮登國, 惠臻, 龐妍 申請(qǐng)人:國家超級(jí)計(jì)算深圳中心, 中國科學(xué)院軟件研究所