面向公有云的支持快速解密的CP-ABE方案

现有的密文策略基于属性加密CP-ABE（ciphertext-policy attribute-based encryption）算法普遍在解密时存在计算量过大、计算时间过长的问题，该问题造成CP-ABE难以应用和实施.针对该问题，将计算外包引入到方案的设计之中，提出一种面向公有云的基于Spark大数据平台的CP-ABE快速解密方案.在该方案中，专门根据CP-ABE的解密特点设计了解密并行化算法；利用并行化算法，将计算量较大的叶子节点解密和根节点解密并行化；之后，将并行化任务交给Spark集群进行处理.计算外包使得绝大多数解密工作由云服务器完成，用户客户端只需进行一次指数运算；而并行化处理则提高了解密速度.安全性分析表明，所提出的方案在一般群模型和随机预言模型下能对抗选择明文攻击.     

云环境下多用户文件共享方案

随着云存储技术的迅猛发展,越来越多的用户利用云存储服务将本地文件存储转移到云端实现与多个用户的文件共享.针对云环境下多个用户共享同一文件时存在不同访问权限的问题,提出了一种高效的云环境下多用户文件共享方案.新方案基于Elgamal加密系统和代理重加密技术,实现了文件拥有者只需对共享文件加密一次就能够使共享用户访问不同内容的目标.和现有方案相比,新方案的优势体现在:在保证密文生成存储空间不变的同时,文件拥有者对共享文件加密的计算量只与文件块数的指数加密运算呈线性增长关系;共享用户解密文件时只需线性次数的指数解密运算就可以访问各自不同的文件内容.分析表明,新方案更加适合云计算环境的特点,即云服务提供商可以为瘦客户端用户提供无穷的计算和存储能力.     

一种支持属性撤销的外包属性加密方案

针对传统基于密文策略的属性加密方案在密钥生成、密文解密和属性撤销阶段计算开销大的问题,提出一种具有属性撤销功能的外包属性加密方案。在加密过程中使用线性秘密共享机制作为访问结构,将密钥生成和密文解密的部分计算外包,通过为每个用户的私钥设置版本号实现用户属性的撤销,同时证明方案在可重复的选择密文攻击下是安全的。实验结果表明,该方案的计算开销较低,并且能较好地实现密文策略的属性撤销功能。     

标准模型下的灵活细粒度授权密文一致性检测方案

密文一致性检测公钥加密方案是一种检测者能够在无需解密密文的情况下检测一对密文的一致性,即该对密文解密所得明文是否一致的公钥加密方案.已有工作中提及的细粒度授权方案和灵活授权方案在授权粒度方面对密文一致性检测公钥加密方案的功能性进行了改进:细粒度授权方案允许2名用户生成专用于检测这2名用户的所有密文的一致性的令牌.灵活授权方案则将令牌的授权客体从用户级别拓展至指定密文级别.2种方案拥有各自的应用场景且在功能性方面互不包含.因此提出灵活细粒度授权密文一致性检测公钥加密方案.与已有方案相比,该方案在计算效率和参数大小方面相当,并具备适应性选择密文攻击安全性、细粒度授权安全性.该方案兼具细粒度授权特性与灵活细粒度特性.同时,对比依赖预言机模型的已有相关方案,其安全性证明基于标准模型之上.     

云计算中基于可转换代理签密的可证安全的认证协议

云用户与公有云之间的双向认证是云计算中用户访问公有云的重要前提.2011年,Juang等首次提出了云计算环境下采用代理签名的认证协议,其优点是用户只需到私有云中注册,然后在私有云的帮助下通过公有云的认证.但是,该方案存在3个缺陷:1)为保护用户的隐私,每次会话都需更新用户公钥;2)当私有云中的许多用户同时登录不同的公有云时,私有云会遭遇网络拥堵;3)用户的私有云与访问的公有云之间需要预先共享秘密.为弥补上述不足,提出了一种保护用户隐私的可证安全的可转换代理签密方案,基于该方案设计了一种一轮云计算认证协议.新方案的优点在于用户向私有云注册后,就能通过公有云的认证,而不需要私有云的帮助,并且它还能保护用户的隐私性、抗抵赖性.协议不需要在每次会话开始前更新用户公钥,同时私有云与访问的公有云之间不再需要预先共享秘密.在随机谕言机模型下证明了新协议的安全性,并且比较说明新协议在效率方面优于Juang等的协议.     

基于SM9的CCA安全广播加密方案

选择密文安全模型能有效刻画主动攻击,更接近现实环境.现有抵抗选择密文攻击的密码算法以国外算法为主,缺乏我国自主设计且能抵抗选择密文攻击的密码算法.虽然实现选择密文安全存在通用转化方法,代价是同时增加计算开销和通信开销.基于国密SM9标识加密算法,提出一种具有选择密文安全的标识广播加密方案.方案的设计继承了SM9标识加密算法结构,用户密钥和密文的大小都是固定的,其中用户密钥由一个群元素组成,密文由3个元素组成,与实际参与加密的接收者数量无关.借助随机谕言器,基于GDDHE困难问题可证明方案满足CCA安全.加密算法的设计引入虚设标识,通过该标识可成功回复密文解密询问,实现CCA的安全性.分析表明,所提方案与现有高效标识广播加密方案在计算效率和存储效率上相当.     

抗拜占庭攻击的隐私保护联邦学习

联邦学习是一种隐私保护的分布式机器学习框架,可以让各方参与者在不披露本地数据的前提下共建模型.然而,联邦学习仍然面临拜占庭攻击和用户隐私泄漏等威胁.现有研究结合鲁棒聚合规则和安全计算技术以同时应对上述安全威胁,但是这些方案难以兼顾模型鲁棒性与计算高效性.针对此问题,本文提出一种抗拜占庭攻击的隐私保护联邦学习框架Sec FedDMC,在保护用户数据隐私的条件下实现高效的拜占庭攻击检测与防御.基础方案Fed DMC采用“先降维后聚类”的策略,设计了高效精准的恶意客户端检测方法.此外,该方法利用的随机主成分分析降维技术和K-均值聚类技术主要由线性运算构成,从而优化了算法在安全计算环境中的适用性.针对基础方案存在的用户数据隐私泄露问题,提出了基于安全多方计算技术的隐私增强方案Sec FedDMC.基于轻量级加法秘密分享技术,设计安全的正交三角分解协议和安全的特征分解协议,从而构建双服务器模型下隐私保护的拜占庭鲁棒联邦学习方案,以保护模型训练和拜占庭节点识别过程中的用户隐私.经实验验证,Sec FedDMC在保护用户隐私的前提下,可以高效准确地识别拜占庭攻击节点,具有较好的鲁棒性.其中,本方案与...     

新的对抗全局窃听的安全网络编码方案

现有的对抗全局窃听攻击的安全网络编码方案存在引入了带宽开销、导致了很高的计算复杂度的问题,为了降低带宽开销并且提升实际编码效率,提出了一种新的对抗全局窃听的安全网络编码方案。对于编码域大小为q的网络编码,该方案利用密钥生成两个长度为q的置换序列,并利用置换序列对信源消息进行混合和替换,从而实现对抗全局窃听攻击。该方案只需在信源节点对信源消息进行加密,在中间节点不需作任何改变。由于该方案加密算法简单、编码复杂度低并且不需要预编码操作,因此该方案没有引入带宽开销且具有较高的实际编码效率。分析结果表明该方案不但可以抵抗唯密文攻击,对于已知明文攻击也有很好的抵抗效果。     

云中可动态更新的属性基代理重加密方案

代理重加密是在保证重加密授权者私钥安全的前提下进行密文转换的操作,实现了云中数据的动态共享。而在基于属性的代理重加密方案中,其代理方可以在不泄露明文数据的前提下,将访问策略下的密文经过重加密转换为不同的访问策略下的密文,完成密态数据的安全外包计算。现有的属性代理重加密方案只是实现了密文策略的更新变换,存在着实用性低,计算量大等缺点。为了满足用户权限的动态更新,以及传统属性加密体制中用户离线后不能向他人提供解密能力的问题,本文提出了一种云中可动态更新的属性基代理重加密方案。通过在系统公开参数中加入用户集合信息并利用属性撤销技术,分别实现了用户集合与属性集合的动态更新,以保证用户权限的动态更新,并且该方案满足单向性、非交互性、非传递性、非转移性和可验证性等特点。此外,利用离线加密技术将加密操作分成两步实现,大量的辅助计算在离线阶段进行,降低了用户客户端在线加密的计算开销。同时,受理者可以对代理重加密密文进行验证操作,避免数据遭受第三方破坏。安全性方面,在标准模型和判定性q阶双线性Diffie-Hellman假设下,证明了本方案具有选择明文攻击下的密文不可区分性且可抵抗同谋攻击。最后,通过效率分析发现,本方案的在线加密阶段计算量较小且用户的密钥和密文存储开销低,具有良好的实用性。     

基于RSA和Paillier的同态云计算方案

为解决云计算中的密文数据计算和私有云用户隐私保护问题,在缺乏实用同态加密算法的情况下,基于RSA和Paillier的同态特性,提出一种利用单一同态密码体制即可构造的、同时支持乘法和加法操作的Somewhat同态云计算方案.该方案可实现公有云服务器的密文数据处理,在同态计算过程中能进行密文规模控制,有较大的同态计算深度,通过合适的映射,能够完成浮点数类型的计算.仿真结果表明,与明文直接计算方案相比,该方案的耗时有所增加,但具有更好的可行性和安全性,并能在云计算环境下满足多种形式的计算请求.     

抗关键词猜测攻击的可搜索公钥加密方案

已有带关键词搜索的公钥加密方案和无安全信道的带关键词搜索的公钥加密方案存在关键词猜测攻击的安全性缺陷。针对这一问题,提出了一个无安全信道无指定服务器的带关键词搜索的公钥加密方案框架。该框架不仅具有无安全信道和无指定服务器的优点,而且有效解决了关键词猜测攻击的问题。基于该框架,构造了一个高效基于双线性对的无安全信道无指定服务器的带关键词搜索的公钥加密方案,并在标准模型中严格证明了该方案满足适应性选择关键词攻击下的关键词密文不可区分安全性和关键词陷门不可区分安全性。与已有的一些带关键词搜索的公钥加密方案和无安全信道的带关键词搜索的公钥加密方案相对比,该方案不仅具有优良的特性,而且在计算效率和通信代价上具有明显的优势。     

云存储环境下基于时释性加密的CP-ABE方案

云存储是未来存储业务的发展方向,数据安全是云存储客户的首要关切.密文策略属性加密(CP-ABE)算法允许数据拥有者将访问策略嵌入密文中,并结合数据访问者的密钥实施访问控制,特别适合云存储环境,但CP-ABE不支持与时间相关的访问控制.本文提出基于时释性加密的CP-ABE方案,通过在CP-ABE中融入时释性加密(TRE)机制来实现带有时间控制的密文共享,允许数据拥有者基于用户属性和访问时间制定更加灵活的访问策略.论文通过安全分析表明,该方案能够抵抗来自用户、云存储平台和授权机构的非法访问、非法用户的串谋攻击以及选择明文攻击.     

一种支持分级用户访问的文件分层CP-ABE方案

文件分层的密文策略基于属性的加密（FH-CP-ABE）方案实现了同一访问策略的多层次文件加密,节省了加解密的计算开销和密文的存储开销.然而,目前的文件分层CP-ABE方案不支持分级用户访问,且存在越权访问的问题.为此,提出一种支持分级用户访问的文件分层CP-ABE方案.在所提方案中,通过构造分级用户访问树,并重新构造密文子项以支持分级用户的访问需求,同时消除用户进行越权访问的可能性.安全性分析表明,所提方案能够抵御选择明文攻击.理论分析和实验分析均表明,与相关方案相比,所提方案在计算和存储方面具有更高的效率.     

Efficient ID-Based Multi-Decrypter Encryption with Short Ciphertexts

Multi-decrypter encryption is a typical application in multi-user cryptographic branches. In multi-decrypter encryption, a message is encrypted under multiple decrypters＇ public keys in the way that only when all the decrypters cooperate, can the message be read. However, trivial implementation of multi-decrypter encryption using standard approaches leads to heavy computation costs and long ciphertext which grows as the receiver group expands. This consumes much precious bandwidth in wireless environment, such as mobile ad hoc network. In this paper, we propose an efficient identity based multi-decrypter encryption scheme, which needs only one or zero （if precomputed） pairing computation and the ciphertext contains only three group elements no matter how many the receivers are. Moreover, we give a formal security definition for the scheme, and prove the scheme to be chosen ciphertext secure in the random oracle model, and discuss how to modify the scheme to resist chosen ciphertext attack.     

云计算多授权中心CP-ABE代理重加密方案

代理重加密技术可使代理在不知道明文的条件下实现密文访问策略转换,这使代理重加密成为用户之间进行数据分享的重要技术。然而,代理重加密方案大多数是在单授权中心下构建的,存在授权机构权限大、易出现性能瓶颈和用户的计算开销大等问题。同时,大多数方案不满足代理重加密应具备的5个基本特性：单向性、可控性、非交互性、可重复性与可验证性。为解决以上问题,提出支持重复可控特性的云计算多授权中心CP-ABE（ciphertext-policy attribute-based encryption）代理重加密方案。在密文策略属性加密方案的基础上,引入代理加密和代理解密服务器从而减小用户客户端的计算开销,设置多个属性授权中心来分散中央机构权限。对代理重加密技术进行改进：在重加密密钥中设置随机因子和密文子项来实现单向性和可控性;设置的重加密密钥由客户端独立生成,不需要其他服务器参与,可实现非交互性,即可在数据拥有者为不在线状态时也可以进行数据分享;在初始密文中设置密文子项,对其多次加密即可实现重复性;在初始密文中设置验证子项,用户可验证外包以及重加密结果正确与否。通过与其他方案对比发现,所提方案的用户客户端计算开销较小,用户只需进行常数次的指数运算即可对原始密文解密,且安全性分析表明,所提方案基于q-parallel BDHE假设,在标准模型下可抵抗选择密文攻击。     

一种大属性域版本控制的云安全用户属性动态撤销策略

密文策略属性基加密(ciphertext-policy attribute-based encryption, CP-ABE) 作为一种一对多的数据加密技术, 因能实现密文数据安全和细粒度的权限访问控制而引起学术界的广泛关注。尽管目前在该领域已取得了一些研究成果, 然而, 大多数CP-ABE 方案均基于小属性域, 系统属性同时被多个用户共享而难以实现动态的属性撤销, 现有的属性撤销机制在功能复杂性、计算高效性、以及抗合谋攻击安全性方面存在的问题都成为它在实际应用中的障碍。针对上述问题, 提出一种大属性域版本控制的云安全用户属性动态撤销策略。该方案在密文策略属性加密中构造属性及用户版本密钥, 通过更新属性版本密钥实现用户属性撤销, 更新用户版本密钥实现用户撤销。由此避免了基于重加密实现撤销带来的计算和通信开销。该方案基于 q-DBPBDHE假设, 在随机预言模型下证明是静态性安全的。最后, 对方案进行了性能分析与实验验证, 实验结果表明:在保证密文前后向安全性的前提下, 该方案可以实现动态的用户属性撤销和用户撤销且可以抵制多重合谋攻击, 较同类方案本文方案具有较优的功能特性和计算效率。此外, 所提方案基于大属性域, 在实际应用中更加灵活。     

基于代理重加密的电子病历数据共享方案

现有的电子病历大部分只能在医生与患者之间实现数据共享,数据用户难以访问患者的电子病历。针对该问题,提出一种利用代理重加密的电子病历数据共享方案。患者通过搜索陷门得到加密电子病历,数据用户要获取其电子病历,可请求患者和云服务器进行交互,云服务器生成重加密密钥,并对电子病历密文进行代理重加密,经患者授权后将重加密密文发送给数据用户,数据用户用其私钥解密密文,最终获取电子病历数据。基于随机预言机模型的实验结果表明,该方案在改进双线性Diffie-Hellman假设和q决策双线性Diffie-Hellman逆转假设下,均可实现关键字隐私安全和消息隐私安全。     

Multi-Authority-Based File Hierarchy Hidden CP-ABE Scheme for Cloud Security

Cloud technology is emerging as a widely accepted technology in the recent years due to its robust nature. Cloud computation is basically developed on the fact that the resources can be shared between numerous devices to achieve efficient network operation among devices with minimized computation expenses. However, the sharing nature poses a security risk for the devices whose resources are being shared. Almost in all the existing works on cloud security, a single trusted third party (TTP) is used for key issue and authorization. However, using a single TTP may results in single-point failure and security risks. Most of the previous works on cloud security focus on storage security rather than considering the computation security. In order to solve these issues, in this paper, multi-authority-based file hierarchy hidden CP-ABE scheme for cloud security is proposed. In this scheme, the files are arranged in hierarchical order based on their attribute weights. Then when a cloud user needs certain resources, it requests the cloud service provider (CSP). The CSP links with the cloud owner to provide the requested file after encrypting it. The cloud server encrypts and places the encrypted file in CSP, which is later retrieved by cloud user. In this way, all the files that are being used are encrypted along with strict authentication to ensure cloud security.     

指定服务器的基于身份加密连接关键字搜索方案

公钥加密关键字搜索(PEKS)允许用户发送关键字陷门给服务器,服务器可以通过陷门定位到包含用户搜索的关键字的密文。为了消除已有基于身份加密的关键字搜索(IBEKS)方案中服务器和接收者之间的安全信道,Wu等人提出了一种指定服务器基于身份加密的关键字搜索(dIBEKS)方案。可是,Wu等人提出的dIBEKS方案不满足密文不可区分性。为了克服Wu等人方案的不足,本文提出一种指定服务器基于身份加密的多关键字搜索方案。安全性分析表明,本文所提方案同时满足了密文不可区分、陷门不可区分和离线关键字猜测攻击的安全性。效率分析显示,本文的方案更高效。 