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。     

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。     

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。     

复杂语义可搜索加密研究

可搜索加密是一种支持用户在密文上进行关键词检索的密码学原语,能够为用户节省大量的网络和计算开销.进一步地,复杂语义可搜索加密,主要包括通配符可搜索加密、模糊关键词可搜索加密和多关键词可搜索加密,能够支持用户对密文进行各种形式多样化的搜索,而不局限于完整的单关键词搜索,更切合用户的实际搜索情形.本文主要从上述三类复杂语义...     

对称可搜索加密的安全性研究进展

为节约本地存储空间以及管理开销,文件可通过云存储服务被上传到云服务器。云存储服务作为一项重要的云技术已得到了广泛的研究和应用。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,但若以传统的加密方式将加密后的文件上传服务器又使服务器失去检索原文件的能力。可搜索加密(Searchable Encryption,SE)是近年来发展的一种支持用户在密文上进行关键字查找的密码学原语,它将用户的文件进行特殊的加密后上传到云服务器上,实现服务器可以根据关键字进行安全检索文件的功能,在方便用户使用的同时,也保护了文件的隐私安全。本文介绍了可搜索加密的基本概念,从对称可搜索加密的构建方法和加密手段出发,归纳总结了已有的对称可搜索加密的安全性结果。我们重点梳理了对称可搜索加密的适应性安全模型的发展历程,分析了推理攻击,文件注入攻击,以及新的安全模型与对抗手段,并指出目前可搜索加密安全性研究所面临的主要问题以及未来的发展方向。     

基于属性的可搜索加密方案

2004年,Boneh等人利用匿名的基于身份的加密方案构造了一个公钥可搜索加密方案(PEKS),解决了特定环境下对加密数据进行检索的这一困难问题.已有的可搜索加密方案,通信模式往往是一对一的,关键词密文也只能被特定的单个用户查询或解密,这样的通讯模式在实际的系统中有很多局限性.作者首次给出了基于属性的可搜索方案(ATT-PEKS)的定义和构造算法.此方案与PEKS的不同之处在于基于属性的可搜索方案是适应群组的公钥加密搜索方案,扩大了信息的共享性,节省了第三方信息存储的空间.作者同时对此方案进行了一致性分析和安全性证明.     

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.     

一种安全的具有匿名性的可搜索加密方案

2004年,Boneh等利用匿名的基于身份加密方案构造了一个公钥可搜索加密方案（PEKS）,解决了特定环境下对加密数据进行检索的这一困难工作。已有的可搜索加密方案,都是实现对关键词信息的保护,其实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。提出具有匿名性的基于身份可搜索方案（ANO-IBEKS）的构造算法,给出了方案在随机预言机模型下语义安全性的证明。该方案可以很好地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,可以有效地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。     

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。     

一种改进的PETKS原型方案及其扩展

关键字可搜索的公钥加密是对基于身份加密方案的直接应用,是一种具有特殊功能和全新应用环境的方案.2005年Abdalla等人首次提出了具有临时关键字可搜索的公钥加密的原型方案.在该原型方案的基础上,研究了该方案存在的效率问题,提出了一种更高效的实例方案,并从中抽象出更高效的原型方案.在原型方案的基础上,提出了两种扩展的原型方案,从而进一步丰富了该方案的应用环境.     

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.     

云环境下可搜索加密技术安全机制及应用陷阱

为了能在云计算环境下安全地使用可搜索加密技术,针对近几年来可搜索加密技术的研究成果,总结了云计算环境下对称/非对称可搜索加密技术的主要算法模型与安全模型,分析了安全方案的安全缺陷,并分析了基本可搜索加密方案与加入了密文安全传输、匿名性、第三方代理、隐私保护协议的四类增强方案在基于选择关键字攻击、字典攻击、统计分析攻击、选择明文攻击四类攻击模型下的安全性。最后,总结了可搜索加密技术的应用陷阱,并提出了当前可搜索加密技术面临的安全性挑战。     

IXT: Improved searchable encryption for multi-word queries based on PSI

Oblivious Cross-Tags (OXT) [1] is the first efficient searchable encryption (SE) protocol for conjunctive queries in a single-writer single-reader framework. However, it also has a trade-off between security and efficiency by leaking partial database information to the server. Recent attacks on these SE schemes show that the leakages from these SE schemes can be used to recover the content of queried keywords. To solve this problem, Lai et al. [2] propose Hidden Cross-Tags (HXT), which reduces the access pattern leakage from Keyword Pair Result Pattern (KPRP) to Whole Result Pattern (WRP). However, the WRP leakage can also be used to recover some additional contents of queried keywords. This paper proposes Improved Cross-Tags (IXT), an efficient searchable encryption protocol that achieves access and searches pattern hiding based on the labeled private set intersection. We also prove the proposed labeled private set intersection (PSI) protocol is secure against semi-honest adversaries, and IXT is L^{\prime }-semi-honest secure (L^{\prime } is leakage function). Finally, we do experiments to compare IXT with HXT. The experimental results show that the storage overhead and computation overhead of the search phase at the client-side in IXT is much lower than those in HXT. Meanwhile, the experimental results also show that IXT is scalable and can be applied to various sizes of datasets.     

基于属性加密的个人医疗数据共享方案

目前有关共享医疗数据的研究中,存在患者对本人数据不可控、隐私泄露、共享效率低下等问题。针对这些问题,提出了一种基于属性加密的个人医疗数据共享方案。该方案的优势在于允许患者自主设置共享策略,实现了细粒度共享数据;设计属性撤销算法,及时变更用户共享权限;结合可搜索加密技术实现多关键词加密检索;描述医疗场景验证该方案合理性。安全性分析和实验结果表明,该方案能够在保护患者隐私的情况下,以较低的通信开销实现患者个人医疗数据共享。