关键词:
云计算
访问控制
变色龙哈希函数
用户撤销
密文净化
摘要:
云计算技术的不断发展为医疗行业带来了重大的革新和进步。患者使用各种传感器设备收集自身的健康数据,并通过智能终端上传至云端存储,医护人员将能够更全面、更便捷地掌握解患者的健康状况,从而能以更高效和科学的方式为患者规划各种治疗计划。然而,患者的医疗数据是极其敏感的信息,涉及个人的健康状况、疾病诊断、治疗方案以及其他个人身体数据。由于其敏感性和隐私性,在保管这些数据时,必须采用加密的方式将数据以密文形式存储在云端,以避免患者隐私信息的泄露。密文策略属性基加密(Ciphertext-Policy Attribute Based Encryption,CP-ABE)是一种解决隐私数据安全访问控制问题的有效方法,使用此技术可以将数据与特定访问策略关联,满足访问策略的用户能够进行解密,这使得数据拥有者可以自主制定访问策略,从而达到对数据的细粒度访问控制,更适合医疗场景下复杂的访问策略。本文对医疗物联网场景下数据安全存储与共享进行研究,主要工作有以下3个方面:
(1)提出了一种支持用户撤销的可搜索电子健康记录共享方案,解决了资源受限的医疗物联网设备在属性基加密(Attribute Based Encryption,ABE)中无法完成快速加密、用户搜索密文计算开销较大、执行用户撤销效率低的问题。所提方案采用在线/离线ABE技术,成功实现了在资源有限设备上对密文的快速加密。同时,构造出长度固定的陷门用于对密文的搜索验证,并使用哈希和双线性配对计算来处理关键字索引,从而确保了关键字索引的安全性。最后,利用变色龙哈希函数生成用户属性私钥,对于未被撤销的用户,其私钥无需更新即可继续访问密文数据,从而减少数据用户的计算开销。
(2)提出了一种医疗场景下基于属性的可净化可协同数据共享方案,解决了在实际医疗场景下存在恶意数据拥有者、加密信息需要由多个用户合作访问、频繁访问导致医疗系统整体性能下降的问题。所提方案采用了密文净化功能,增强了患者端的数据隐私保护。同时,为满足医疗场景下的协作解密需求,通过在访问策略树中指定协助结点,允许协助用户参与解密过程,并限制访问次数与协助次数,从而达到细粒度访问控制机制。此外,所提方案选择采用了部分外包解密机制,将解密中部分耗时的计算操作放到云端执行,以减少数据用户的计算开销。最后,在对比本文方案与现有类似方案的功能和效率方面,所提方案不仅在功能上更为完善,而且具有更高的系统运行效率。
(3)基于前两个ABE方案,利用Java、Java Web等技术设计并实现一款具有多种灵活性与扩展性的电子健康记录管理系统。系统基于CP-ABE实现了医护人员对患者加密数据的细粒度访问控制,采用关键字搜索技术,构造出长度固定的陷门,使用户能够以更少的计算开销进行关键字搜索;采用密文净化技术,能够更大程度上保证患者的隐私数据。