云計算環(huán)境下的安全查詢協(xié)議研究.pdf

1、云計算因其計算能力強(qiáng)大、資源管理靈活、價格低廉、部署快捷等優(yōu)點，在學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界受到極大推崇。然而，安全與隱私問題一直是人們最擔(dān)心的問題，該問題已經(jīng)成為阻礙云計算普及與推廣的最主要因素之一。如何在高效利用云計算優(yōu)勢的同時，保證數(shù)據(jù)安全與用戶隱私是一個亟待解決的問題。本文圍繞云計算環(huán)境下的安全查詢協(xié)議展開深入研究，主要工作和創(chuàng)新點包括以下幾個方面:
　　(1)提出一個面向多源云數(shù)據(jù)的安全多關(guān)鍵字排名查詢協(xié)議:Privacyprese

2、rving Ranked Multi-keyword Search in a Multi-owner model(PRMSM)。首先，為了讓云服務(wù)器在不知道關(guān)鍵字與陷門真實值的情況下正確地執(zhí)行查詢操作，系統(tǒng)地設(shè)計了針對多源關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)的加密算法，查詢關(guān)鍵字的加密算法，以及對加密關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)的安全匹配算法。其次，為了讓云服務(wù)器在不知道關(guān)鍵字與文件相關(guān)度真實的值情況下正確返回多關(guān)鍵字排名查詢結(jié)果，提出了一個新的加性保序且隱私保護(hù)的函數(shù)族。為了防

3、止攻擊者竊取通信中的密鑰并偽裝成合法用戶提交查詢請求，提出一種新的動態(tài)密鑰生成協(xié)議及用戶認(rèn)證協(xié)議。此外，設(shè)計了一種取消系統(tǒng)中用戶權(quán)限的協(xié)議。最后，通過安全分析和基于真實數(shù)據(jù)集上的大量實驗，驗證了所提方案的有效性。
　　(2)首次基于多云服務(wù)器模型，提出安全且可驗證的分布式關(guān)鍵字查詢方案。為了保護(hù)文件數(shù)據(jù)的安全性，提出一個針對文件數(shù)據(jù)的雙重加密方案，該方案可在所有云服務(wù)器參與串謀且泄露一個解密密鑰的情況下，保證文件數(shù)據(jù)的安全性。為了

4、在不泄露隱私數(shù)據(jù)的情況下，從分布式云服務(wù)器上高效查詢加密數(shù)據(jù)，系統(tǒng)地設(shè)計了一套分布式關(guān)鍵字查詢協(xié)議。該協(xié)議查詢效率高，安全性好。此外，設(shè)計了一個高效的查詢結(jié)果驗證方案。當(dāng)云服務(wù)器進(jìn)行不法行為返回錯誤查詢結(jié)果時，所提方案可以發(fā)現(xiàn)該不法行為，并找出進(jìn)行不法行為的云服務(wù)器。最后，通過安全性分析與大量的實驗驗證了所提方案的有效性。
　　(3)基于“不誠實”云服務(wù)器模型，研究對云中安全關(guān)鍵字查詢的結(jié)果進(jìn)行驗證。首次提出了一個威懾的概念，即以

5、較小的計算與通信代價迫使云服務(wù)器不敢進(jìn)行非法操作。一旦云服務(wù)器進(jìn)行非法操作，數(shù)據(jù)使用用戶將以較大的概率發(fā)現(xiàn)該非法操作。通過系統(tǒng)地構(gòu)造驗證數(shù)據(jù)，使得云服務(wù)器無法知道有多少數(shù)據(jù)被置為驗證數(shù)據(jù)，哪些數(shù)據(jù)提供用戶交換了錨數(shù)據(jù)。通過構(gòu)造秘密驗證數(shù)據(jù)緩沖器，使得云服務(wù)器無法知道哪些數(shù)據(jù)提供用戶的驗證數(shù)據(jù)被真正返回作為驗證數(shù)據(jù)。同時，本文設(shè)計了對驗證數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)更新的方案。此外，對系統(tǒng)中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了深入研究，并給出了不同參數(shù)設(shè)置下的最優(yōu)解，使得盡

6、可能降低系統(tǒng)開銷的同時，提高對云服務(wù)器非法行為的檢測能力。最后，通過理論分析和大量實驗證實了所提方案的有效性。
　　(4)首次提出了一個支持細(xì)粒度訪問控制和抗推理攻擊的電子健康云數(shù)據(jù)安全查詢協(xié)議。協(xié)議采用兩層加密方案對EHR數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。在第一層加密方案中，提出為EHR中的每個角色屬性生成唯一的密鑰元，為每個數(shù)據(jù)屬性定義訪問結(jié)構(gòu)，并且獨立地對各個數(shù)據(jù)屬性進(jìn)行加密。第一層加密方案確保了細(xì)粒度的訪問控制，隱藏了各角色屬性在EHR中出現(xiàn)

7、的頻率，同時提高了加密方案的效率。為了保護(hù)第一層加密過程中的訪問結(jié)構(gòu)，提出第二層加密方案，該方案合并第一層加密過程各數(shù)據(jù)屬性的訪問結(jié)構(gòu)，在合并后的訪問結(jié)構(gòu)中加入噪聲數(shù)據(jù)，并利用新的訪問結(jié)構(gòu)加密第一層加密方案中的訪問結(jié)構(gòu)。第二層加密方案保護(hù)了第一層加密方案中訪問結(jié)構(gòu)的安全性，也確保了云在不知道EHR隱私數(shù)據(jù)的情況下，正確返回與查詢用戶的角色屬性對應(yīng)的EHR數(shù)據(jù)，并且?guī)椭樵冇脩魣?zhí)行部分計算操作。為了防止云服務(wù)器獲取EHR中各數(shù)據(jù)屬性的訪問