关键词:
云计算
对称可搜索加密
安全索引
安全更新
安全检索
摘要:
在当前数据急剧增长的背景下,将数据外包给云服务器进行存储和管理被视为资源受限的个人或组织的明智选择。这为用户提供了专业、高效的计算和存储服务,同时也允许用户可以在任何地方对数据进行访问。然而,这种将数据与拥有者分离的模式引起了人们对数据安全问题的担忧。对称可搜索加密技术作为这一问题切实可行的解决方法之一,允许用户直接在密文数据上进行检索而不需要解密,这进一步促进了个人或组织将数据外包给云服务器。
虽然对称可搜索加密技术已经获得了广泛的研究,但是其仍存在一些问题和挑战:(1)支持多关键字检索的对称可搜索加密方案没有考虑在恶意云服务器环境下的数据安全和结果可靠性的问题,并且在检索和更新效率上无法满足实际需求;(2)已有的攻击方法表明,对称可搜索加密方案在更新过程中泄漏的前向隐私和后向隐私,或者在检索过程中泄漏的搜索模式和访问模式,都可以被敌手利用来恢复查询语句对应的关键字,甚至是恢复密文数据库。因此,研究对称可搜索加密技术中的效率和隐私保护问题对于推动密文数据的安全使用、提升数据价值具有重要的意义。
本文围绕对称可搜索加密技术中存在的在恶意云服务器环境下的数据安全和结果可靠性、检索和更新效率低、更新过程中泄漏前向隐私和后向隐私、检索过程中泄漏搜索模式和访问模式等效率和隐私保护问题展开研究,提出了三个具有不同侧重点的对称可搜索加密方案。具体贡献总结如下:
(1)针对现有支持多关键字检索的对称可搜索加密方案没有考虑恶意云服务器,以及存在检索和更新效率低的问题,提出了一种动态可验证的高效多关键字对称可搜索加密方案。该方案首先利用位图作为索引结构,实现了对密文数据高效的检索和更新操作。然后考虑了恶意云服务器可能会出于节省计算开销或通信带宽而执行部分检索操作或返回错误结果的问题,利用RSA累加器和位图实现了对检索结果完备性和正确性的验证。安全性分析表明,所提方案在自适应选择关键字攻击下是安全的,并通过实验评估展示了高效的检索和更新性能。
(2)针对现有支持布尔检索的对称可搜索加密方案在更新过程中存在前向隐私和后向隐私泄漏,没有考虑恶意云服务器,以及检索效率低的问题,提出了一种前后向安全的可验证高效布尔对称可搜索加密方案。该方案首先利用标准正交向量来构建文档索引,并通过对最低频关键字对应的倒排列表中的元素进行内积运算来实现高效的布尔检索。接着,考虑在对密文数据进行更新过程中存在的前向隐私和后向隐私泄漏的问题,利用掩码技术和对称可穿刺加密算法对地址和文档标识符进行加密,实现了方案的前向安全和后向安全。然后考虑在恶意云服务器的场景下,利用多集合哈希函数和内积运算实现了对检索结果完备性和正确性的验证。安全性分析表明,所提方案实现了前向安全和后向安全,并通过实验评估展示了高效的检索和更新性能。
(3)针对现有支持布尔检索的对称可搜索加密方案在检索过程中存在搜索模式和访问模式泄漏,以及保护单关键字结果数量的方案所需索引开销大的问题,提出了一种保护搜索和访问模式的布尔对称可搜索加密方案。该方案首先利用布隆过滤器来为每个文档构建索引,然后通过支持内积的函数加密算法对索引进行加密,实现了布尔检索并使得索引开销与文档数量成正比。接着,通过在生成检索陷门的过程中引入随机虚假关键字,实现了对搜索模式和访问模式的保护。最后,通过对检索陷门中冗余元素的删减,进一步提升了布尔检索的效率。安全性分析表明,所提方案实现了对检索过程中搜索模式和访问模式的保护,并通过实验评估展示了高效的检索性能和索引开销。