基于扩展属性基功能加密的有效外包计算

针对目前属性基加密（ABE）方案存在的主要问题,即访问策略功能单一的问题和密文的大小和解密时间随着访问公式的复杂性增加而增长的问题,提出了有效外包计算的多功能ABE方案。首先,通过对敏感数据的细粒度访问控制,实现了不同功能加密系统;然后,利用云服务器巨大的计算能力进行部分解密计算,将满足访问策略的用户属性密文转化为一个（常量大小） ElGamal类型的密文;同时通过有效的验证方法保证外包运算的正确性。理论分析结果表明,与传统属性基功能加密方案相比,所提方案用户端的解密计算降低至一次指数运算和一次对运算,该方案在不增加传输量的情况下,为用户节省了大量带宽和解密时间。     

移动云环境下的多授权机构属性基加密方案

针对移动云数据的访问控制进行了研究,提出一种高效的、无需CA的多授权机构密文策略属性基加密方案。通过借助外部资源,在数据加密和解密过程分别增加预加密操作和可验证外包解密操作,从而降低用户的加解密计算量,并采用双因子身份认证机制实现对用户的匿名认证。安全性分析表明,新方案基于判断性q-BDHE（decisional q-parallel Bilinear Diffie-Hellman Exponent）假设可证明是选择明文安全的,并且方案能够抵抗合谋攻击。仿真实验表明,新方案有效降低了数据加密、解密的计算开销以及对密文的通信开销。因此,新方案能够实现对移动云数据安全、高效的访问控制。     

隐藏访问策略的可追踪属性基加密方案

属性基加密作为一种一对多的加密机制,能够为云存储提供良好的安全性和细粒度访问控制。但在密文策略属性基加密中,一个解密私钥可能会对应多个用户,用户可能会非法共享其私钥以获取不当利益;另外,访问策略通常包含敏感信息,这对隐私性要求较高的场合造成了重大挑战。针对上述问题,提出一个隐藏访问策略的可追踪密文策略属性基加密方案。该方案基于合数阶双线性群进行构造,通过将用户的身份信息嵌入到该用户的私钥中实现可追踪性,将访问策略中的特定敏感属性值隐藏在密文中实现策略隐藏,利用解密测试技术提高解密效率,给出了在标准模型下方案是完全安全和可追踪的证明。对比分析表明,该方案在解密运算方面有所优化,从而降低了解密运算开销,提高了效率。     

基于动态信用等级的密文访问控制方案

针对属性基加密机制（ABE）在移动互联网环境中计算开销较大且不够灵活的问题,提出了一种基于动态信用等级的密文策略属性基加密（CP-ABE）方案。首先,该方案引入"信用等级"属性用来标识用户的"信用"并以此划分用户等级,高"信用等级"用户仅需常数级的计算开销即可解密;同时,中央授权中心（CA）在设定的时间阈值评估用户的访问行为并动态更新用户的"信用等级",更新算法避免私钥的完全重新生成。理论分析和实验结果表明,随着高"信用等级"用户占比升高,所提方案系统总时间开销不断减少,最终达到稳定并优于传统方案。该方案在保证安全性的前提下,总体上提高了移动互联网环境中访问控制的效率。     

属性基加密机制

由于属性基加密(attribute-based encryption,简称ABE)机制以属性为公钥,将密文和用户私钥与属性关联,能够灵活地表示访问控制策略,从而极大地降低了数据共享细粒度访问控制带来的网络带宽和发送结点的处理开销.因此,ABE在细粒度访问控制领域具有广阔的应用前景.在对基本ABE机制及其两种扩展:密钥-策略ABE(KP-ABE)和密文-策略ABE(CP-ABE)进行深入研究、分析后,针对ABE中的CP-ABE机制访问结构的设计、属性密钥撤销、ABE的密钥滥用、多授权机构等难点问题进行了深入探讨和综合分析,对比了现有研究工作的功能及开销.最后讨论了ABE未来需进一步研究的问题和主要研究方向.     

基于CP-ABE的隐藏属性外包解密访问控制

传统的属性基加密方案中数据拥有者将访问结构和密文保存在一起,于是用户收到密文消息的同时也收到了访问结构,但访问结构本身就可能包含数据拥有者的隐私信息。本文提出一种基于密文策略属性基加密(Ciphertext-Policy Attribute-Based Encryption, CP-ABE)的隐藏属性外包解密访问控制方案。该方案既能隐藏数据拥有者制定的访问控制策略中的属性,同时将计算密集型解密操作交给代理服务器完成,又能保证未经授权的属性授权中心或代理服务器不能独自解密共享的加密数据。     

隐藏访问结构的密文策略的属性基加密方案

在密文策略的属性基加密方案中,用户的私钥与属性集合关联,密文与访问策略关联,当且仅当用户私钥中所包含的属性满足嵌入在密文中的访问策略时,用户方能成功解密该密文。在现有方案的解密过程中,访问策略连同密文被发送给解密者,这意味着加密者的隐私被泄露。为解决该问题,提出了具有隐藏访问策略的密文策略属性基加密方案,以保护加密者的隐私;并基于DBDH假设,证明了该方案在标准模型中是选择明文安全的。     

云环境中层次化的轻量级访问控制方案

属性基加密能够实现密文数据的细粒度访问控制,有效地解决云环境中的数据共享问题。针对计算能力受限设备难以高效地完成属性基加密过程中大量计算的问题,提出一种云环境中层次化的轻量级访问控制方案。该方案通过引入虚拟属性和双密钥将大部分耗时的加解密计算安全地转移至云服务器,并对访问结构进行优化。数据分享者对访问结构具有层次关系的多份数据只需加密一次,同时数据请求者可以根据其属性解密部分或全部密文。安全性分析和性能评估表明该方案能够实现云环境中高效和细粒度的密文数据访问控制,使得用户端计算开销显著降低,且在整个执行过程中不会造成数据泄露。     

一个安全可追踪的策略隐藏属性基加密方案

传统的属性基加密方案中存在着访问策略所包含的属性会泄露用户的敏感信息、恶意用户泄露私钥获取非法利益而不会被追责的问题,同时私钥长度、密文长度和解密运算量均会随属性数量增加而带来较大的通信开销和计算开销。对现有多种隐藏策略的属性基加密方案和可追踪的属性基加密方案分别进行深入研究,采用多属性值的方法,并引入一个安全的签名机制,提出了一个用户私钥长度、密文长度和解密运算量均固定的支持可追踪和隐藏策略的密文属性基加密方案,即STH-CP-ABE方案。并基于DBDH(Decisional Bilinear Diffie-Hellman)假设,在标准模型下证明了方案的安全性。     

用户和属性授权机构可追责的在线/离线属性基加密方案

属性基加密作为一种一对多的加密机制,能够为云存储提供良好的安全性和细粒度访问控制。但在密文策略属性基加密中,一个解密私钥可能会对应多个用户,因此用户可能会非法共享其私钥以获取不当利益,半可信的属性授权机构亦可能会给非法用户颁发解密私钥。此外,加密消息所产生的指数运算随着访问策略复杂性的增加而增长,其产生的计算开销给通过移动设备进行加密的用户造成了重大挑战。对此,文中提出了一种支持大属性域的用户和属性授权机构可追责的在线/离线密文策略属性基加密方案。该方案是基于素数阶双线性群构造的,通过将用户的身份信息嵌入该用户的私钥中实现可追责性,利用在线/离线加密技术将大部分的加密开销转移至离线阶段。最后,给出了方案在标准模型下的选择性安全和可追责证明。分析表明,该方案的加密开销主要在离线阶段,用于追责的存储开销也极低,其适用于使用资源受限的移动设备进行加密的用户群体。     

Removing escrow from ciphertext policy attribute-based encryption

Attribute-based encryption (ABE) is a promising cryptographic primitive for fine-grained access control of distributed data. In ciphertext policy attribute-based encryption (CP-ABE), each user is associated with a set of attributes and data are encrypted with access policies on attributes. A user is able to decrypt a ciphertext if and only if his attributes satisfy the access policy embedded in the ciphertext. However, key escrow is inherent in ABE systems. A curious key generation center in that construction has the power to decrypt every ciphertext. We found that most of the existing ABE schemes depending on a single key authority suffer from the key escrow problem. In this study, we propose a novel CP-ABE key issuing architecture that solves the key escrow problem. The proposed scheme separates the power of issuing user keys into two parties: the key generation center and the attribute authority. In the proposed construction, the key generation center and the attribute authority issue different parts of secret key components to users through a secure two-party computation protocol such that none of them can determine the whole set of keys of users individually. We demonstrate how the proposed key issuing protocol can be applied in the existing CP-ABE scheme and resolve the key escrow problem.     

可公开定责的密文策略属性基加密方案

属性基加密利用属性集和访问结构之间的匹配关系实现用户解密权限的控制,从功能上高效灵活地解决了“一对多”的密数据共享问题,在云计算、物联网、大数据等细粒度访问控制和隐私保护领域有光明的应用前景。然而,在属性基加密系统中(以密文策略属性基加密为例),一个属性集合会同时被多个用户拥有,即一个解密私钥会对应多个用户,因此用户敢于共享其解密私钥以非法获利。此外,半可信的中心存在为未授权用户非法颁发私钥的可能。针对属性基加密系统中存在的两类私钥滥用问题,通过用户和中心分别对私钥进行签名的方式,提出一个密文策略属性基加密方案。该方案支持追踪性和公开定责性,任何第三方可以对泄露私钥的原始持有者的身份进行追踪,审计中心可以利用公开参数验证私钥是用户泄露的还是半可信中心非法颁发的。最后,可以证明方案的安全性基于其依赖的加密方案、签名方案。     

可防止无关属性干扰的属性基加密方案

为了提高属性基加密中访问结构的表达能力,同时避免访问结构中无关属性干扰,提出了一种基于简化有序二元决策图（ROBDD）访问结构的CP-ABE方案。该方案中ROBDD访问结构可有效表达具有复杂访问逻辑的访问策略,并可防止无关属性干扰,提高了加密速度。通过RSA属性认证机制进行ROBDD非叶子节点中属性认证,实现了抗串谋攻击和对用户属性集的保护。使用ROBDD中有效路径特征值和加密参数创建多项式,任何有效路径特征值经过多项式计算均可得到加密参数,降低了密文存储开销。该方案实现了用户撤销、用户属性撤销和系统属性撤销。性能分析和实验仿真表明,所提方案有更高的加解密效率,更低的密文存储开销。     

高效且可验证的多授权机构属性基加密方案

移动云计算对于移动应用程序来说是一种革命性的计算模式,其原理是把数据存储及计算能力从移动终端设备转移到资源丰富及计算能力强的云服务器.但是这种转移也引起了一些安全问题,例如,数据的安全存储、细粒度访问控制及用户的匿名性.虽然已有的多授权机构属性基加密云存储数据的访问控制方案,可以实现云存储数据的保密性及细粒度访问控制;但其在加密和解密阶段要花费很大的计算开销,不适合直接应用于电力资源有限的移动设备;另外,虽然可以通过外包解密的方式,减少解密计算的开销,但其通常是把解密外包给不完全可信的第三方,其并不能完全保证解密的正确性.针对以上挑战,本文提出了一种高效的可验证的多授权机构属性基加密方案,该方案不仅可以降低加密解密的计算开销,同时可以验证外包解密的正确性并且保护用户隐私.最后,安全分析和仿真实验表明了方案的安全性和高效性.     

Ciphertext-policy attribute-based encryption supporting access policy update and its extension with preserved attributes

Attribute-based encryption (ABE) allows one-to-many encryption with static access control. In many occasions, the access control policy must be updated, but the original encryptor might be unavailable to re-encrypt the message, which makes it impractical. Unfortunately, to date the work in ABE does not consider this issue yet, and hence this hinders the adoption of ABE in practice. In this work, we consider how to update access policies in ciphertext-policy attribute-based encryption (CP-ABE) systems efficiently without encrypting each ciphertext with new access policies. We introduce a new notion of CP-ABE supporting access policy update that captures the functionalities of attribute addition and revocation to access policies. We formalize the security requirements for this notion and subsequently construct two provably secure CP-ABE schemes supporting AND-gate access policy with constant-size ciphertext for user decryption. The security of our schemes are proved under the augmented multi-sequences of exponents decisional Diffie–Hellman assumption. We also present a different construction in which certain attributes in an access policy can be preserved by the original encryptor, while other attributes can be revoked efficiently so that the ability of attribute revocation can be appropriately restrained.     

固定密文长度的可验证属性基外包解密方案

传统密钥策略属性基加解密方案存在密文长度随着属性增加而线性增加,在通信过程中消耗用户大量的通信带宽的缺点。提出了属性加密的改进方案,基于密钥策略属性加密,提出具有固定密文长度的可验证外包解密方案,在非单调访问结构实现密文长度固定,有效节省通信带宽,通过对外包密钥生成算法的改进,实现一次模指数运算,有效缩短外包密钥生成时间。通过运用哈希函数,实现外包解密的验证性,并对其安全性进行了证明。     

基于椭圆曲线加密且支持撤销的属性基加密方案

在云终端用户资源受限的场景中,传统属性基加密方案中存在着计算开销大以及不能实现实时撤销的不足。为了实现云端数据安全高效的共享,提出了一种基于椭圆曲线加密（ECC）算法且支持细粒度撤销的属性基加密方案。该方案使用计算较轻量级的椭圆曲线上的标量乘法代替传统属性基加密方案中计算开销较大的双线性配对,以降低系统中用户在解密时的计算开销,提高系统的效率,使方案更适用于资源受限的云终端用户场景。利用表达能力更强和计算更高效的有序二元决策图（OBDD）结构来描述用户定义的访问策略,以减少嵌入密文中的冗余属性来缩短密文长度。为每个属性建立一个由拥有该属性用户组成的属性组,并为组内每个成员生成唯一的用户属性组密钥。当发生属性撤销时,利用最小子集覆盖技术为组内剩余成员生成新的属性组,实现实时的细粒度属性撤销。安全分析表明,所提方案具有选择明文攻击不可区分性、前向安全性和后向安全性;性能分析表明,所提方案在访问结构表达和计算能力上优于（t,n）门限秘密共享方案和线性秘密共享方案（LSSS）,其解密计算效率满足资源受限的云终端用户的需求。     

基于属性的BGN型密文解密外包方案

云计算的安全问题是制约其发展的关键瓶颈,其中对云计算结果的访问控制是当前研究的一个热点。在经典的类同态BGN方案基础上,结合CP-ABE（Ciphertext-Policy Attribute-Based Encryption）型密文解密外包设计,构造了基于属性的BGN型密文解密外包方案,部分密文的解密被外包到云上进行,减小了用户的存储开销与计算开销,并且只有用户属性满足访问策略时,才会得到正确的解密结果。与现有的基于属性的外包方案相比,新方案能对密文进行任意次加法同态和一次乘法同态操作。最后,分析了方案的安全性。所提方案在子群判定问题假设下达到语义安全,在随机预言机模型下满足属性安全。     

基于ATP-ABE的访问控制方案

对访问控制机制中存在的安全性和有效性的问题进行了研究，提出了基于访问树剪枝的属性加密ATP-ABE（Access Tree Pruning Attribute Based Encryption）的访问控制方案。当ATP-ABE算法需要访问它的树型结构访问策略时，通过剪枝处理访问树结构中包含用户ID属性节点的分支，提高了用户所有者DO（Data Owner）管理和控制属性的效率，更加有效地实现了数据共享。还为访问树结构设计了许可访问属性，使DO仍保留共享数据的关键属性，并且能够完全控制它们的共享数据。基于决策双线性密钥交换算法DBDH（Decisional Bilinear Diffie-Hellman）假设分析了ATP-ABE方案的安全性，研究结果表明与两种经典ABE方案比较，ATP-ABE更加有效地减少了算法的系统设置、私钥生成、密文大小、用户属性撤销以及加解密过程中的计算开销，并给出了定量结论。