公钥可搜索加密体制综述

伴随着云计算技术的广泛应用,外包到云服务器存储的数据通常采用密文方式进行存储以确保数据安全和用户隐私。可搜索加密体制允许用户对密文数据通过关键词进行检索,从而极大减少了数据共享用户的通信和计算开销。基于公钥的可搜索加密体制解决了对称可搜索加密体制中的密钥分发问题而受到广泛关注。本文侧重于阐述公钥可搜索加密体制的研究进展,描述了它的形式化定义、安全模型;分析和讨论了典型的公钥可搜索加密体制的设计机理、相关的扩展方案以及它们的安全性问题。最后,本文还讨论了公钥可搜索加密体制的应用场景,并指出了未来可能的发展方向。     

基于BTM主题模型的对称可搜索加密方案

为了实现基于语义的密文检索,提高密文检索的准确率和效率,本文提出了一种基于biterm主题模型(biterm topic model,BTM)的多关键词可排序对称可搜索加密方案(BTM-MRSE).通过主题模型对关键词和文档之间的潜在语义进行建模,用户利用查询关键词的概率分布作为检索陷门,根据查询关键词与文档之间的语义...     

一种可验证的公钥可搜索加密方案

公钥可搜索加密能实现基于密文的信息检索,适用于云计算环境。但现有公钥可搜索加密方案普遍依赖于双线性对,并且无法对服务器返回的搜索结果进行验证,效率和安全性较低。为此,基于El Gamal加密算法提出一种可验证的公钥可搜索加密方案。该方案使用El Gamal加密算法替代双线性对运算,与传统算法相比具有较低的计算复杂度,并且易于实现。在密文关键词及加密文件生成算法中,采用El Gamal签名算法对关键词的哈希值进行数字签名。当收到服务器返回的搜索结果后,用户可以通过计算得到发送者的公钥,并对相应的签名值进行验证,从而有效防止服务器返回错误结果。     

可搜索加密研究进展综述

随着云计算的迅速发展,为保护用户外包数据的安全和用户隐私,越来越多的企业和用户选择将数据加密后上传。因此,对云服务器上加密数据的有效搜索成为用户关注的重点。可搜索加密技术是允许用户对密文数据进行检索的密码原语,利用云服务器的强大计算资源进行关键词检索。根据使用密码体制的不同,介绍了可搜索加密的分类,将其分为对称可搜索加密和非对称可搜索加密。基于这种分类,首先介绍了典型方案,之后从可搜索加密的语句表达能力和安全性2方面进行介绍,并指出了该领域当前研究中急需解决的问题及未来研究方向。     

云存储中支持属性撤销的多关键词可搜索加密方案

云存储的便捷性和管理高效性使得越来越多的用户选择将数据存放在云端。为支持用户对云端加密数据进行检索,提出云存储中基于属性加密支持属性撤销的多关键词搜索方案。采用线性秘密共享矩阵来表示访问控制结构,实现密文细粒度访问控制,在属性撤销过程中不需要更新密钥,应对用户属性变更的情况,在此基础上构造基于多项式方程的搜索算法支持多关键词搜索,从而提高搜索精度。理论分析和实验结果表明,该方案具有陷门不可伪造性和关键词隐私性,能够保证用户数据的隐私和安全,相比CP-ABE方案,具有较高的存储性能和计算效率,功能性更强。     

支持连接关键词搜索的属性加密方案研究

基于属性的加密机制能够实现细粒度的访问控制,支持多用户数据共享。针对大部分基于属性的可搜索加密方案存在效率低下、密钥易泄露以及仅支持单关键词搜索的问题,提出了一个支持连接关键词搜索的属性加密方案。该方案采用线性秘密共享矩阵实现访问控制,将秘密共享和恢复操作在一个与参与方属性关联的矩阵中进行,通过矩阵运算减少了计算量。在陷门生成阶段,避免直接将用户密钥提交给云服务器,保证了用户密钥的安全性。基于多项式方程实现了连接关键词搜索,缩小了搜索范围,提升了用户的搜索体验,严格的安全性分析证明方案能够达到抵抗关键字攻击安全。     

具有匿名性的可搜索加密方案

已有的可搜索加密方案(PEKS),都是实现对关键词信息的保护.一个真正安全的可搜索加密方案,在保证搜索能力的前提下,不仅要实现对关键词信息的保护,也要实现对消息查询方信息的保护.基于此,提出了具有匿名性的基于身份可搜索方案(ANO-IBEKS)的定义和构造算法.该方案可以很好的解决大量数据交给第三方服务器存储(比如网络存储)的关键词密文查询问题,可以有效的保护查询关键词和查询者身份等敏感信息,无法追踪究竟是哪个用户查询了什么信息,并且给出了方案在随机预言机模型下语义安全性的证明.     

公开信道下多服务器多关键词多用户可搜索加密方案

可搜索加密服务中,为了避免服务器集中检索从而推测出密文关键词信息,数据属主希望将不同的数据密文与关键词索引分别存储在不同的服务器上。结合多用户可搜索加密方案和多服务器特性设计了一种公开信道下多服务器多关键词多用户可搜索加密方案。数据属主和数据用户利用服务器的公钥生成密文索引与陷门搜索凭证,满足在公开信道中传输。分析结果表明,新方案具有较低的通信代价,并且在随机预言机模型下基于判定性Diffie-Hellman问题假设证明了新方案在适应性选择关键词攻击下密文索引不可区分。     

一种可抵抗关键词猜测攻击的动态非对称可搜索加密方案

密文搜索可以用于保护用户存储在云端的文件,防止隐私的泄露,允许用户在不泄露明文信息的情况下进行搜索,根据使用密钥体制的不同,可分为对称可搜索加密和非对称可搜索加密。但是现有大多数的PEKS方案的索引构造都是基于文件-关键词对,每次搜索都需要遍历所有文件,这会使方案的搜索效率较为低下,并且现有的PEKS方案大都只支持静态的搜索操作,云端的文件不能进行动态更新必然带来资源上的浪费和使用上的不便。针对存在的问题,提出一种较为高效的动态公钥可搜索加密方案,与其他同类方案相比具有一定的优势,并在随机预言模型下证明该方案具有适应性动态选择关键词攻击下的安全性,且可抵抗敌手的关键词猜测攻击。     

支持语义扩展的动态多关键词密文排序检索

针对云存储环境下已有的动态多关键词密文排序检索方案不支持关键词语义扩展、不具备前向安全和后向安全的问题，提出一种支持语义检索且具备前向安全和后向安全的动态多关键词密文排序检索方案。该方案通过构建语义关系图实现查询关键词的语义扩展；使用树索引结构实现数据的检索和动态更新；利用向量空间模型实现多关键词排序搜索；基于安全K近邻算法对维度扩展后的索引和查询向量进行加密。安全性分析表明，该方案在已知密文模型下是安全的且具有动态更新时的前向安全和后向安全。效率分析及仿真实验结果表明，该方案在服务器检索效率方面优于目前同类型具有相同安全性或相同功能的方案。     

可搜索加密的研究进展

可搜索加密是解决云端不可信条件下加密数据安全云检索的重要方法。针对可搜索公钥加密、可搜索对称加密这2种可搜索加密类型,分别介绍了近几年来学术界的主要成果及其存在的问题、解决方法。在可搜索公钥加密领域,主要介绍了高安全条件下降低检索复杂度的方法;在可搜索对称加密领域,主要介绍了高安全条件下支持物理删除的方法。     

可撤销的多关键字公钥可搜索加密方案

在云计算应用中,为保证隐私数据安全,用户需要将数据在本地加密后再上传至云服务器。可搜索加密技术允许用户直接检索服务器上的加密数据,获得检索权限的用户往往可以无限制地检索密文。在现实应用中,用户密钥的丢失及恶意攻击容易对隐私数据产生安全威胁,用户不应该持续保持对数据的检索能力。为此,提出了一个支持用户检索权限撤销的公钥可搜索加密方案。将系统的整个生命周期划分为不同时段,下个时段的密文由上个时段的密文进化而来,通过密文进化及时间密钥的分发控制实现用户权限的撤销。方案在支持多关键字检索的同时降低方案的计算开销,并且撤销用户对此前时刻所有密文的检索能力,保证密文的前向安全性。     

基于区块链的多关键字属性基可搜索加密方案

云存储服务的出现可将文件上传至云服务器, 节约了本地的信息存储空间以及管理开销。文件以明文的形式存储显然无法满足隐私保护和安全需求, 但若将加密后的文件上传至云服务器, 将失去搜索原文件的能力。因此, 可搜索加密技术的出现解决了用户如何在文件不解密的情况下搜索加密数据。目前现有的单关键字可搜索加密方案会产生许多与检索内容不符合的信息,没有考虑数据用户细粒度搜索权限和搜索效率, 以及因云存储的集中化带来的数据安全和隐私保护等问题。针对以上问题, 该文提出了基于区块链的多关键字属性基可搜索加密方案。该方案使用多关键字可搜索加密技术实现了加密数据的有效搜索; 利用基于属性的加密技术实现加密数据的细粒度访问控制; 结合区块链的智能合约技术, 经过多笔交易获得搜索结果。并且利用区块链的不可篡改性, 满足了方案中相关性质的公平性, 保证了在方案中三方的公平性和安全性并进行了相关分析。在随机预言机模型下, 基于困难问题假设证明了方案的关键字安全及陷门安全, 即所提方案满足在选择关键字攻击下的关键字密文不可区分性安全和陷门不可区分性安全。最后通过数值分析表明该方案在关键字密文生成阶段和关键字搜索阶段具有较高的效率。并展望了在未来的工作中考虑将其应用于电子病历数据共享等场景中, 以获得更实用的价值。     

指定使用者的多服务器多关键字可搜索加密方案

针对现有可搜索加密方案中密文检索效率低、搜索结果不精确以及不支持数据使用者身份验证等问题,在无证书密码体制下,提出一种指定使用者且多服务器多关键字的可搜索加密方案。使用多服务器和多关键字技术在降低服务器负荷的同时提高用户检索密文的速度,使搜索结果更加精确。在搜索验证阶段,搜索服务器验证数据使用者的身份,若身份合法则存储服务器根据关键字向数据使用者返回相应密文。性能分析结果表明,在随机预言机模型下该方案可以抵抗内外关键字猜测攻击,且能够在降低计算开销的同时提高搜索效率,在安全性和效率方面均具备一定优势。     

基于区块链的多关键字细粒度可搜索加密方案

密文策略下基于属性的关键字搜索(CP-ABKS)技术可以对加密的数据实现细粒度控制和检索。现有CP-ABKS方案较少考虑云服务器的恶意行为和搜索过程的公平支付,且通常只支持单关键字密文检索。对此,文章提出基于区块链的多关键字细粒度可搜索加密方案。利用密文策略下基于属性的加密技术满足多用户检索,实现了细粒度访问控制和访问策略隐藏。结合区块链技术避免了恶意云服务器对索引的篡改,使用智能合约保障了用户和数据拥有者之间的公平支付。此外,文章方案还实现了多关键字检索,且无需第三方验证实体就可以保证用户得到正确的检索结果。安全性分析表明文中方案能够保证关键字和访问策略的不可区分性,并通过性能评估验证了该方案在保证效率的同时具有更优的功能。     

医疗大数据隐私保护多关键词范围搜索方案

随着医疗信息系统的急速发展,基于医疗云的信息系统将大量电子健康记录（EHRs）存储在医疗云系统中,利用医疗云强大的存储能力和计算能力对EHRs数据进行安全与统一的管理.尽管传统加密机制可以保证医疗数据在半诚实云服务器中的机密性,但对加密后的EHRs数据执行安全、快速、有效的范围搜索,仍是一个有待解决的关键问题.提出一种支持多关键词范围搜索的可搜索加密方案：利用向量积保持加密机制实现复杂查询结构的可搜索加密,可支持连接关键词查询、范围查询以及通配符的查询;通过随机化构建搜索索引和搜索陷门,实现搜索模式隐藏,达到搜索语句的隐私保护;采用矩阵哈达马积缩小所需密钥矩阵的维度.理论分析和实验结果表明：该方案在达到医疗数据隐私保证的同时,对用户的检索策略也进行了有效的隐私性保护,有效提高了检索效率,降低了创建索引及陷门所用时间,实现了多用户多文件下医疗数据的范围搜索能力.     

抗关键词猜测攻击的可搜索属性基加密方案

可搜索属性基加密能够让属性满足访问控制策略(或用来加密关键词的属性满足用户私钥指定的访问控制策略)的用户搜索加密文件。但是,现有的方案不能抵抗关键词猜测攻击。外部攻击者可以生成若干关键词密文上传到云服务器,侦测云服务器将这些密文返回给哪些用户,进而获取这些用户的搜索信息。因此,提出一种可以抵抗关键词猜测攻击的可搜索属性基加密方案。基于DBDH困难问题,该方案在选择安全模型中被证明是选择明文攻击安全的。     

区块链上基于云辅助的属性基可搜索加密方案

可搜索加密技术在不解密的情况下搜索加密数据.针对现有的可搜索加密技术没有考虑数据用户细粒度搜索权限的问题,以及现有的可搜索加密方案中因云存储的集中化对数据安全和隐私保护带来的问题,提出了区块链上基于云辅助的属性基可搜索加密方案.该方案利用可搜索加密技术实现加密数据在区块链上的安全搜索,利用基于属性的加密技术实现数据的细粒度访问控制,利用区块链不可篡改的特性确保关键字密文的安全.在该方案中属性基加密技术用来加密关键字,区块链上存储关键字密文,云服务器上存储关键字密文和数据密文.基于困难问题假设,证明该方案能够保证关键字密文和陷门的安全性.数值实验结果表明:该方案在密钥生成阶段、陷门生成阶段、关键字搜索阶段具有较高的效率.