关键词：
外包存储
区块链
完整性审计
智能合约
公开可验证
摘要：
以云计算为主导的外包计算从一出现就受到国家的高度重视,成为我国数字经济发展的重要支撑。云计算最重要的特征是将个人计算转化为公共计算,与之对应的,云存储最重要的特征是将个人存储转化为公共云存储。数据外包服务使资源受限的用户能够将繁琐的存储任务或昂贵的计算任务外包给云服务器,并通过按需付费、随时随地访问的方式享受云服务器提供的优质服务,大大减轻用户数据存储及管理的负担。然而云服务提供商不是完全可信的,数据安全问题成为云计算发展的痛点。在外包存储中,用户数据的所有权与管理权相分离,导致用户数据处于不可控的状态,进而会引发一系列的安全隐患。因此,在云数据安全灾难时有发生的今天,对外包数据进行完整性审计以实现数据安全存储是十分必要的。现有的诸多研究主要聚焦于中心化云存储,为集中式云存储提出安全的完整性审计方案。而集中式云本身的可靠性过低,很容易出现单点失败、遭受拒绝服务攻击。本文研究去中心化的外包数据的完整性审计协议,为去中心化的外包存储探求安全解决方案。本文的研究工作主要包括:（1）总结了数据完整性审计自被提出至今的研究发展现状,现有的研究虽然在功能上已愈加丰富,但大多是针对中心化云存储的完整性审计方案,过度依赖中心化云服务器,这无疑是不可靠的。本文将对去中心化的外包数据完整性审计展开研究,为去中心化环境下的外包数据存储提供安全解决方案,为外包数据审计协议的创新型设计进行了有益的探索性研究。（2）基于区块链的动态数据持有性证明协议。针对中心化外包存储模型所面临的单点失败和拒绝服务攻击等问题,本文结合智能合约、数据持有性证明协议、认证数据结构和空间证明等密码学工具,在Shacham和Waters所提出方案的基础上,受Curtmola等人多副本存储思想的启发,在P2P网络环境中,基于区块链技术构建了去中心化的外包数据完整性审计模型,给出了基于区块链的动态PDP协议系统模型及安全模型。其中,本文利用智能合约实现外包存储的公开可验证性,利用带rank的Merkle哈希树实现数据的动态更新操作。此外,还给出了详细的具体构造,并将协议中的智能合约实例化。最后,给出了完整的安全性证明,本文将PDP的可靠性建立在数据块标签的不可伪造性上,将数据块标签的不可伪造性归约到到离散对数假设上,将文件标签的安全性归约到BLS短签名的存在性不可伪造上,并对协议中的算法进行了效率测试和分析。（3）基于区块链的群体用户数据持有性证明协议。针对外包数据共享所面临的单点失败、合谋攻击和恶意篡改等问题,本文利用向量承诺、智能合约、可更新的秘密共享、认证数据结构和数据完整性审计等密码学工具,在Gorbunov等人向量承诺研究的基础上,在P2P网络环境中,构建了去中心化的外包数据共享模型,给出了基于区块链的群体用户动态PDP协议系统模型和安全模型,并给出了协议的整体构造。本文利用分片副本存储策略来增强外包数据的可靠性,将方案中外包数据的隐私性归约到向量承诺的隐藏性上,将协议的可靠性归约到Shacham等人方案中数据块标签的可靠性上,其中,若离散对数假设满足,则协议满足可靠性;若弱的双线性Diffie-Hellman指数假设成立,则协议中向量承诺满足绑定性及位置绑定性。此外,协议借助可验证的可更新秘密共享方案实现群体用户密钥的更新及恶意用户的撤销,若哈希函数具有单向性和抗碰撞性,则秘密共享方案满足所声称的可更新性及抗合谋性。最后,对协议中的效率进行了测试和分析。
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