可搜索加密的安全性研究进展

可搜索加密是一种在云计算和大数据环境下解决数据安全和隐私保护问题的关键技术，其允许用户在不解密的情况下，对加密数据进行安全搜索。然而，近年来针对可搜索加密的攻击研究层出不穷且破坏了安全搜索的功能。为了深入理解可搜索加密的安全性，对可搜索加密的安全性研究进展进行梳理和探讨。可搜索加密主要分为公钥可搜索加密和对称可搜索加密。首先介绍了公钥可搜索加密的概念，现有公钥可搜索加密方案面临着用户隐私、关键词猜测攻击和密文关键词等值测试等严峻的挑战，并给出具体的解决思路与方法。进一步阐述了对称可搜索加密的安全模型，对称可搜索加密方案的攻击方法和防御方法。最后，讨论了可搜索加密需进一步研究的问题和未来发展方向。     

基于生物特征的可搜索加密

随着云时代的到来,越来越多的用户将自己的数据保存到云服务器中,既使用方便又减少了自己存储所带来的费用。但云服务器不一定安全可靠,因此,为保障数据的安全性,数据常以密文的形式储存在云服务器中。可搜索加密重点专注于搜索过程的安全可靠及搜索效率,保证用户能够保密地进行密文数据的检索,同时又不影响其使用体验。生物密码相对于传统密码更便于携带且不会遗忘。构造基于生物特征的可搜索加密新体制,基于不同的困难问题假设给出两种基于生物特征的可搜索加密构造方案。相对于已有的搜索加密方案,基于生物特征的可搜索加密方案将生物特征和可搜索加密结合起来,提高了方案的灵活性、实用性和安全性。本文所提方案满足选择关键词不可区分和限门不可区分的安全性。     

公钥可搜索加密

传统的公钥加密控制粒度是比较粗糙的,发送方使用公钥PK对一个消息M进行加密,并且只有拥有与PK对应的私钥的接收方才能够对密文进行解密得到原消息。这样的语义使得第三方不能对加密数据进行有效的检索,本文提出一种新的公钥可搜索加密方案,允许对加密后的数据进行检索,并证明了方案的安全性。     

基于多线性映射的可搜索加密方案

可搜索加密技术为云环境下数据的使用提供了技术支持,针对可搜索的关键字数量及用户模式提出了一种基于多线性映射的可搜索加密方案。首先,提出了基于多线性映射的可搜索加密方案,多线性映射提高了方案的安全性,加强了数据拥有者的权限,使得数据拥有者可以灵活地增加和删除用户。其次,利用消息认证码技术验证数据的完整性,提高了存储数据的安全性。最后,在标准模型下证明方案是满足选择明文攻击下不可区分安全,且方案安全性归约于多线性计算Diffie-Hellman(MCDH)问题。此外,与相关方案进行了性能分析,分析结果表明该方案的安全性高。     

基于词嵌入的云存储可搜索加密方案

【目的】提出基于词嵌入的云存储可搜索加密方案,视图解决云储存的加密数据的管理,并高效地检索加密数据这一难题。该方案的优势在于克服了加密方案不能进行语义搜索的难题。【方法】通过建立高维关键词的词嵌入,增加语义距离扩展关键词集的方式建立安全索引,并用伪随机函数对私钥和关键词进行安全保护。【结果】此设计方案既保证了数据存储的安全性,又提供了数据检索的灵活性,安全检索模型避免了用户检索过程中关键信息的泄露。【结论】采用全同态加密验证了方案的有效性。在维基百科数据集上进行测试表明维度越高的词嵌入搜索精确率越高,同时开销也随之增大。
     

基于词嵌入的云存储可搜索加密方案

【目的】提出基于词嵌入的云存储可搜索加密方案,视图解决云储存的加密数据的管理,并高效地检索加密数据这一难题。该方案的优势在于克服了加密方案不能进行语义搜索的难题。【方法】通过建立高维关键词的词嵌入,增加语义距离扩展关键词集的方式建立安全索引,并用伪随机函数对私钥和关键词进行安全保护。【结果】此设计方案既保证了数据存储的安全性,又提供了数据检索的灵活性,安全检索模型避免了用户检索过程中关键信息的泄露。【结论】采用全同态加密验证了方案的有效性。在维基百科数据集上进行测试表明维度越高的词嵌入搜索精确率越高,同时开销也随之增大。     

云存储中无证书连接关键词密文检索

基于证书的可搜索加密(searchable encryption,SE)方案存在用户公钥验证与证书管理上的缺陷,且多数单关键词搜索的方案会返回大量不相关的密文,而少数采用多关键词搜索的方案需要建立很长的关键词密文索引。本文提出了新的关键词密文检索方案,该方案采用了无证书公钥密码体制,既避免了基于证书的密码体制中的公钥验证和证书管理问题,又解决了基于身份的密码体制中密钥托管问题;方案中采用了连接关键词搜索,多关键词搜索使得密文查找更加精准;本文把访问关键词密文陷门进行了聚合,使得陷门长度简短有效,且通信带宽和存储量得到一定程度上的节约。在随机预言机模型下,证明本文方案可抗离线关键词猜测攻击。     

基于8阶LFSR序列的可证明安全性公钥密码体制

 为了满足在带宽受限制且带宽费用高的受限制环境下,实施高效率的加密解密与数字签名的需要,使用了数论、近世代数、算法分析等工具,研究节省公钥、私钥存储量和传输信息量的方案。提出基于8阶系数属于GF(p)LFSR序列的公钥密码体制,称之为8LFSR体制。给出8LFSR上的2个重要协议：可证明安全性加密协议和可证明安全性数字签名协议。分析表明,该密码体制的密钥生成简单,速度远快于ECC,其私钥压缩率高达8倍,优于XTR的3倍私钥压缩率,在多种环境下既能显著地提高运算效率又能保证安全性。     

基于互联网的过程控制系统的安全性设计

分析了远程控制系统安全性设计要解决的两个方面问题：为防止未授权用户恶意破坏控制系统,提出了对付网络入侵者恶意操作控制系统的安全措施;为保证实时数据传输的快速性和安全性,将高级数据加密标准AES与网络通信加密协议SSL相结合,实现了适合于实时控制系统的数据加密算法,并通过测量实时数据加密传输的网络时延来验证该算法的有效性．     

有限域上RSA-ELGamal加密及数字签名方案

基于增强的RSA和ELGamal加密算法,提出了有限域上多项式的RSA-ELGamal加密方案.新的加密方案基于大整数分解问题(IFP)和难解的离散对数问题(DLP)的结合,使其安全性高于单个使用有限域上多项式形式的RSA加密算法和ELGamal加密体制.新提出的加密方案可对多个明文进行加密,在对明文加密时通过引入RSA的公钥对明文进行隐藏,加密效率高,安全性强.在新加密方案基础上引入单向哈希函数,并提出相应的数字签名方案,签名方案利用多个接收者分别验证和加密消息,进一步增强签名被攻击的概率.加密方案和数字签名的安全性主要基于大整数的分解和离散对数求解的双重困难问题,使得签名具有不可攻击性,提高此类签名方案的安全性.     

基于以太坊的格上属性基可搜索加密方案

提出了一种基于以太坊的安全、灵活、高效的格上属性基可搜索加密方案.方案基于格密码体制提出,解决了传统基于双线性配对技术的属性基可搜索加密方案存在的不可抗量子攻击安全问题.方案使用基于以太坊技术的分散存储方法解决了传统云存储系统中单点故障问题,并且方案中数据拥有者代替私钥生成器为用户生成私钥,这避免传统方案由于密钥托管问题造成的密钥滥用以及隐私泄露.采用以太坊的智能合约解决了以往属性基可搜索加密方案中云服务提供商不可信情况下关键字搜索结果的可靠性问题.与传统属性基可搜索加密方案相比,方案不仅可实现对加密关键字的细粒度检索,并且可抵抗量子攻击,增强了方案的安全性.在容错学习问题(learning with errors,LWE)假设下,证明了方案的安全性.     

一种面向密文大型数据集的可搜索加密方案

为解决可搜索加密方案中由于安全索引过大而导致的关键词搜索时间复杂度过高这一问题,结合云存储应用环境,提出了一种面向密文大型数据集的可搜索加密方案.针对云存储环境中数据集过大的用户,使用块状存储结构优化安全索引的数据结构,将安全索引按照分块参数分为Small,Medium,Large三类.在关键词搜索过程中采用间接寻址的方式,使得在安全索引过大的情况下,仍然能保持良好的搜索时间复杂度,达到用户可接受的范围.实验结果表明,随着安全索引的增大,关键词搜索时间达到了亚线性.     

具有前向安全特性的密态图像搜索方案

围绕当前多数密态图像搜索方案在更新时产生的信息泄露问题,提出一个云环境下具有前向安全特性的密态图像搜索方案.方案首先采用Tensorflow机器学习模型进行图像识别,设计高效图像关键字信息提取方法;然后基于动态可搜索加密思想,利用GGM范围受限伪随机函数生成搜索令牌,构造出支持动态更新的安全密态图像索引结构.搜索时利用搜索令牌和哈希函数计算匹配结果,不会泄露查询者隐私.安全分析和实验结果表明,本方案在满足高效搜索的同时实现前向安全性,并具有良好的更新性能.     

用于移动设备应用程序的群密钥交换方案

为了解决当前基于云计算技术的弹性应用程序模型安全通信问题,该文提出一种群密钥管理方案。这一方案使用分类预测和基于公钥密码学的密钥交换方法相结合的方式,通过数据挖掘中的分类预测方法来完成密钥协商过程中的认证操作,并使用公钥密码学中的密钥共享技术实现密钥的交换。对所设计的方案进行了能耗分析并与其他方案进行了对比。分析结果表明:本文方案可以有效降低密钥交换协议的能量消耗,适用于移动设备安全通信。     

Verifiable Auditing Protocol with Proxy Re-Encryption for Outsourced Databases in Cloud

As a new computing paradigm, outsourcing computing provides inexpensive, on-demand, convenient storage and computing services for cloud clients. For the security of outsourcing databases to the cloud, it is important to allow the user to verify the query results returned by the cloud server. So far, tremendous efforts have been carried out to study secure outsourcing computing. The existing scheme supports that the user can detect the correctness and completeness of the query results even if the cloud server returns an empty set. However, since the data owner performs the database encryption operations and uploads the encrypted database to the cloud server, they require the user to request the data owner to decrypt the query results. In this paper, we propose a new scheme, which can accurately verify the search results. Meanwhile, the users can decrypt the query results independently. Furthermore, the proposed scheme supports a large number of data owners to upload their encrypted database to the cloud server, and it can efficiently verify the query results. Besides, we can prove that our proposed solution can achieve the desired security properties.     

支持隐私保护的云存储框架设计

针对云存储中的隐私安全问题,设计了一个支持隐私保护的、高效且安全的云存储框架.该框架采用多叉树结构构建数据索引,设计密钥推导算法EKDA(Extirpation-Based Key Derivation Alogrithm)实现密钥的管理和分发,构建关键字检索算法DLSEK(Discrete Logarithm-Based Search on Encrypted Keyword)实现对数据共享和密文检索的支持,并结合延迟更新技术解决用户访问权限变更和数据更新问题.从EKDA的有效性、DLSEK的性能和隐私安全方面进行实验评估和安全分析,结果表明:EKDA能有效地减少通信和存储负载,DLSEK是一种具有单向性安全的支持检索的加密技术,整个框架的设计能有效地保护用户的隐私,同时支持高效的数据访问.     

基于BSSEVD的可搜索加密方案原型系统设计与实现

针对大型数据集条件下，安全索引文件过大而导致可搜索加密方案的关键字搜索时间复杂度过高、效率低的问题，提出了大型数据集下支持布尔搜索的可搜索加密方案(BSSEVD).方案采用三层间接寻址块状存储安全索引的方法优化安全索引存储结构，通过增加关键字交集安全索引解决多关键字布尔搜索导致的泄露增加问题.并在该方案基础上，设计与实现可搜索加密方案原型系统.该系统主要包括文件预处理模块、初始化模块和关键字搜索模块等三大模块.通过实验测试对系统的性能进行分析，实验结果表明该方案计算效率得到了较大的提升.     

物联网密文数据访问中可撤销的混合加密控制算法设计

针对物联网密文数据访问中用户隐私数据的安全性与数据应用操作效率要求之间的矛盾问题,提出一种新的可撤销的混合加密控制算法。介绍了对称加密算法,根据物联网密文数据访问中用户录入的指纹,通过数据特征提取过程、模板生成过程以及密钥生成过程生成可撤销密匙。介绍了公钥加密算法,给出物联网密文数据访问中公钥加密算法加密过程。对对称加密算法和公钥加密算法的性能进行对比,将二者结合在一起形成可撤销的混合加密控制算法。将椭圆加密算法和AES加密算法作为对比进行测试,结果表明所提算法效率高,对明文和密钥有较高的敏感性。     

混合云模式下数据安全存储方案

针对混合云模式下数据安全存储与共享使用的问题,提出一种适用于混合云模式下的高效数据安全共享方案,该方案采用密文策略的属性基加密机制加密数据,通过私有云将密文数据存储在公有云上;移动用户访问云数据时,采用匿名密钥协商技术和委托加解密方法,保证用户对数据的快速访问.实验结果表明,本方案能够保证公有云上数据的安全存储,支持细粒度的访问控制,同时将大部分解密计算委托给私有云,减少移动云用户访问云数据的处理时间,使得其加解密时间为恒定值,不会随着属性的增多而线性增长.