关键词：
云计算
可搜索加密
数据净化
属性撤销
隐私保护
摘要：
随着互联网和数字化转型的推进,企业和个人面临庞大的数据存储与管理需求。云存储因成本低、拓展性强、部署便捷而广泛应用,但同时带来了数据隐私泄露的风险。为保障数据安全,用户通常在上传数据前进行加密,仅授权用户可解密访问。然而,加密虽能保证机密性,却降低了数据的可读性和检索效率。
为解决数据可读性与机密性之间的矛盾,密码学家提出了可搜索加密技术(Searchable Encryption,SE)。SE允许用户在不解密数据的前提下执行关键字搜索,通过加密索引提高查询效率。基于属性的可搜索加密(Attribute-Based Searchable Encryption,ABSE)进一步实现了细粒度访问控制,确保只有满足特定属性(如职位、角色等)的数据用户才能检索相应数据,广泛适用于云存储、医疗数据管理、金融数据保护等场景。
现有方案大多假设数据所有者、数据用户和云服务器均是诚实可信的。但在实际的应用场景中,由于侧信道攻击等因素,数据所有者可能有意或无意泄露密钥或加密索引的相关信息,数据用户可能泄露解密密钥,从而导致文件的访问控制权限落入非法用户之手;同时,云服务器作为第三方服务提供者,也可能出于降低负载等需求,有意或无意对用户返回不完整的搜索结果。基于上述问题,本文重点关注了如何抵御上述三类参与方相关恶意行为。本文的研究内容如下:
(1)提出了一种抵御恶意数据所有者及不诚实云的可搜索加密方案。考虑到数据所有者恶意泄露解密密钥,未经授权的数据用户利用其进行解密,造成文件隐私泄露;数据所有者泄露加密索引的秘密值,非法数据用户穷举可能出现的关键字,并利用该秘密值生成索引,与窃取的索引对比,造成文件关键字泄露;云服务器为减少开销,返回不完整的搜索结果,造成数据用户得到的搜索结果不完全。为解决上述问题,增设净化核验中心执行净化核验操作,即选定新对称密钥和加密索引的秘密值,在密文和索引上传至云服务器前执行二次加密操作,确保非法用户不能获得文件访问权限,有效抵御了数据所有者泄露密钥和加密索引的秘密值带来的文件隐私和数据用户搜索内容泄露带来的危害。同时借助哈希函数抗碰撞性构造数字签名对云服务器返回结果进行完整性核验,确保云服务器返回数据的完整性。
(2)提出了一种可追踪及撤销恶意数据用户的多关键字可搜索加密方案。考虑到数据用户存在出售解密密钥的恶意行为,使得未经授权的数据用户解密成功。该方案利用白盒追踪技术,对执行解密操作的数据用户所用的解密密钥进行密钥完整性检查。若检索到未经授权的数据用户成功利用密钥执行了解密操作,则说明该解密密钥来自恶意数据用户泄露。利用解密密钥中与数据用户身份相关联的密钥组件实现对恶意数据用户的追踪。在对恶意数据用户执行撤销操作时,仅对属性相关密文组件进行更新,实现了轻量级的密文更新。通过将单关键字搜索进行拓展实现了多关键字搜索,提升了检索的准确性和效率。
(3)设计了一个抵御恶意参与方的可搜索加密系统。为实现安全的数据共享,结合提出的两种可搜索加密方案,设计抵御恶意参与方的可搜索加密系统。系统采用Java语言开发,在 IntelliJ IDEA 编辑器中实现,结合 JPBC(Java Pairing-Based Cryptography)库,实现了细粒度访问控制和关键字搜索。利用研究1,增加了净化功能抵御恶意数据所有者。利用研究2,增加了用户撤销功能抵御恶意数据用户,有效抵御各类恶意参与方。既提升了密文检索效率,又确保了数据共享的安全性。
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