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。     

面向便携式诊所的安全数据共享方案

随着物联网(Internet of Things, IoT)、云计算等技术的飞速发展, 便携式诊所(portable health clinic, PHC)得以实现, 并广泛应用于远程医疗. 我国依托5G通信的大幅优势, 积极推进智慧医疗的建设, 搭建了多功能、高质量的远程医疗信息服务平台. 以PHC为代表的远程医疗得以实现, 离不开远程数据共享系统的技术支撑. 目前IoT和云服务器(cloud server, CS)相结合(通常称为云边协同)的远程数据共享系统以其灵活性、高效性广受关注, 然而其隐私和安全问题却鲜有研究. 考虑到医疗数据的敏感性, 致力于研究PHC数据共享系统的安全隐私问题, 实现PHC系统中物联网感知数据的安全上传、个性密文的归一化、云服务器上动态多用户的细粒度访问控制、高效的解密操作, 并给出形式化的安全性证明. 在具体创新上, 第一, 分别对经典的代理重加密和属性基加密算法进行改进, 提出IPRE-TO-FAME组合加密机制, 以保障云边协同的PHC系统数据共享的安全性. 第二, 为了应对物联网终端数量众多、分散性强带来的密钥更新难题, 借鉴代理重加密(proxy re-encryption, PRE)的思想, 实现基于单方变换的密钥更新, 即无需变换IoT终端密钥条件下的密钥更新. 同时, 应用场景中重加密方可视为完全可信, 而常规PRE机制重加密方通常为不可信的第三方服务器, 为此, 改进经典PRE算法, 提出一种高效的IPRE (improved PRE)算法, 以适应提出的场景; 第三, 改进经典的FAME (fast attribute-based message encryption)机制, 实现动态多用户的细粒度访问控制, 便于用户可以随时随地使用便携式智能设备访问数据. 安全性证明、理论分析和实验结果证明, 提出的方案具有较好的安全性和较强的实用性, 是一类解决PHC安全数据共享问题的有效方案.     

格上基于身份的可问责代理重加密方案

针对目前基于格的代理重加密方案中存在密钥滥用和数字证书管理等问题,引入问责机制,提出一种新的基于身份的可问责代理重加密方案。该方案采用用户身份ID计算生成矩阵作为公钥,并使用原像采样算法提取私钥,解决了数字证书管理的问题;使用双方用户公钥计算生成重密钥,提高了加/解密时的计算效率;使用代理商公私钥参与重加密运算,完成问责算法,有效地抑制了代理商和被授权者共谋的行为。安全性分析表明方案满足选择明文攻击安全;在效率方面,方案的计算复杂度和密文开销较小。     

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。     

云环境下的基于属性和重加密的密钥管理

在云计算环境中如何安全地存储数据是云计算面临的挑战之一。加密是解决云计算中数据存储安全问题最主要的方法,而加密的一个保密性问题是密钥管理。提出了云环境下的基于属性和重加密的密钥管理方案。云服务提供商对不同用户进行重加密时,可以一次为一组用户重加密,从而减少了重加密的个数。数据拥有者可以对组用户生成和发送重加密密钥,而数据请求者可以使用属性集对应的一个密钥解密多个数据拥有者的数据,从而能减少两者的密钥发送量,降低密钥管理的难度,提高方案的效率。最后,对方案的安全性和性能进行了分析     

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。     

加密电子病历数据共享方案

为了实现电子病历数据的细粒度访问控制以及安全存储与共享,提出了一种基于属性的云链协同存储的电子病历共享方案。该方案用对称加密算法加密电子病历,用基于密文策略的属性基加密算法加密对称密钥,用可搜索加密算法加密关键字。电子病历密文存储在医疗云上,安全索引存储在联盟链上。该方案使用可搜索加密技术实现关键字的安全搜索,使用代理重加密技术实现用户属性的撤销。经安全性证明,该方案能够实现密文的安全性和关键字的安全性。数值模拟实验结果表明,该方案是有效的。     

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。     

Flexible CP-ABE Based Access Control on Encrypted Data for Mobile Users in Hybrid Cloud System

In hybrid cloud computing, encrypted data access control can provide a fine-grained access method for organizations to enact policies closer to organizational policies. This paper presents an improved CP-ABE (ciphertext-policy attribute-based encryption) scheme to construct an encrypted data access control solution that is suitable for mobile users in hybrid cloud system. In our improvement, we split the original decryption keys into a control key, a secret key and a set of transformation keys. The private cloud managed by the organization administrator takes charge of updating the transformation keys using the control key. It helps to handle the situation of flexible access management and attribute alteration. Meanwhile, the mobile user’s single secret key remains unchanged as well as the ciphertext even if the data user’s attribute has been revoked. In addition, we modify the access control list through adding the attributes with corresponding control key and transformation keys so as to manage user privileges depending upon the system version. Finally, the analysis shows that our scheme is secure, flexible and efficient to be applied in mobile hybrid cloud computing.     

基于身份多条件代理重加密的文件分级访问控制方案

针对传统文件共享方案存在文件易泄露、文件去向难以控制、访问控制复杂等问题,以及云端文件分级分类管理及共享的应用需求,提出了一种基于身份多条件代理重加密的文件分级访问控制方案。首先,将文件的权限等级作为密文生成条件,并引入可信分级管理单元确定并管理用户等级;然后,生成用户分级访问权限重加密密钥,解决了基于身份的条件代理重加密方案只能限制代理服务器的重加密行为而对用户权限限制不足的问题;同时,减轻了用户端的负担,即用户只需进行加解密操作。不同方案的对比分析结果表明,所提方案与现有访问控制方案相比有明显优势,无需用户直接参与即可完成用户访问权限的更新,并且具有上传者匿名的特点。     

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...     

一种改进的基于身份广播代理重加密云存储方案

存储安全是公共云应用诸多安全问题中最关键的问题之一,对云服务的快速发展有着重大影响。结合身份加密、代理重加密以及广播加密的特点,提出了一种新的云存储方案。该方案通过条件控制,实现了用户对远程密文数据代理重加密过程中的细粒度访问控制;基于身份加密,利用用户的身份属性作为公钥,减少了证书验证过程;结合广播的思想,以用户集合为单位进行加密,减少系统的计算消耗。实验表明,文章提出的方案可以实现密文数据云存储和共享,主要函数的时间开销合理,能够保证大规模用户接入时系统高效。     

格上基于RLWE难题的身份基代理重加密方案

针对目前基于格的身份基代理重加密方案存在的加/解密效率低和密文、密钥尺寸过长的问题,采用原像抽样和对偶加密技术,重新构造了一个基于格的身份基代理重加密方案。该方案采用原像抽样技术提取用户私钥,用对偶加密算法对消息进行加密,利用代理重加密密钥进行重加密,并用用户的私钥进行解密。安全分析表明,在标准模型下,基于ring learning with errors困难假设,该方案满足IND-aID-CPA安全。效率分析表明,该方案可以有效缩短密文和密钥尺寸,提高加/解密效率。     

DECENT: Secure and fine-grained data access control with policy updating for constrained IoT devices

The Internet of Things (IoT) is a novel paradigm where many of the objects that surround us can be connected to the internet. Since IoT is always related to user’s personal information, it raises lot of data security and privacy issues. In this paper, we present a secure and fine-grained data access control scheme for constrained IoT devices and cloud computing based on hierarchical attribute-based encryption, which reduces the key management by introducing hierarchical attribute authorities. In order to relieve local computation burden, we propose an outsourced encryption and decryption construction by delegating most of laborious operations to gateway and cloud server. Further, our scheme achieves efficient policy updating, which allows the sender device to update access policies without retrieving and re-encrypting the data. The security and performance analysis results show that our scheme is secure and efficient.     

Chosen-ciphertext secure bidirectional proxy re-encryption schemes without pairings

Proxy re-encryption (PRE) is a useful primitive that allows a semi-trusted proxy to transform a ciphertext encrypted under one key into an encryption of the same plaintext under another key. A PRE scheme is bidirectional if the proxy is able to transform ciphertexts in both directions. In ACM CCS’07, Canetti and Hohenberger presented a bidirectional PRE scheme with chosen-ciphertext security, which captures the indistinguishability of ciphertexts even if the adversary has access to the standard decryption oracle as well as a re-encryption oracle and a re-encryption key oracle. They also left an important open problem to come up with a chosen-ciphertext secure PRE scheme without pairings. To resolve this problem, we propose a bidirectional PRE scheme without pairings, and prove its chosen-ciphertext security under the computational Diffie-Hellman assumption in the random oracle model. Based on this scheme, we further present a non-transitive bidirectional PRE scheme, in which the proxy alone cannot re-delegate the decryption rights.     

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。     

基于代理重加密的消息队列遥测传输协议端到端安全解决方案

针对消息队列遥测传输（MQTT）协议缺乏保护物联网（IoT）设备间通信信息的内置安全机制,以及MQTT代理在新的零信任安全理念下的可信性受到质疑的问题,提出了一种基于代理重加密实现MQTT通信中发布者与订阅者间端到端数据安全传输的解决方案。首先,使用高级加密标准（AES）对传输数据进行对称加密,以确保数据在整个传输过程中的机密性;然后,采用将MQTT代理定义为半诚实参与方的代理重加密算法来加密传输AES对称加密使用的会话密钥,从而消除对MQTT代理的隐式信任;其次,将重加密密钥生成的计算工作从客户端转移到可信第三方,使得所提方案适用于资源受限的IoT设备;最后,使用Schnorr签名算法对消息进行数字签名,以提供数据来源的真实性、完整性和不可否认性。与现有MQTT安全方案相比,所提方案用和不提供端到端安全性的轻量级方案相当的计算和通信开销获取了MQTT通信的端到端安全特性。     

可追踪密钥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以及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。针对以上问题提出了一种可追踪且隐藏访问结构的属性基加密方案。该方案在不影响加/解密效率的前提下提高了加密算法的安全性,并采用双因子身份认证机制实现了更安全高效的访问控制。并且引入一个安全的签名机制用于支持可追踪密钥来追踪恶意用户。该方案基于DBDH假设,在标准模型下被证明是安全的。     

A scalable encryption scheme for multi-privileged group communications

In multi-privileged group communications, since users, who can subscribe to different data streams according to their interests, have multiple access privileges, security issues are more difficult to be solved than those in traditional group communications. The common drawback of traditional key management schemes is that they will result in the “one-affect-many” problem, because they use a key graph to manage all the keys in a group, which makes one key being shared by many users. Recently, a key-policy attribute-based encryption (KP-ABE) scheme is proposed to encrypt messages to multiple users efficiently, which has been applied in secure multi-privileged group communications. However, user revocation in KP-ABE is still not resolved when applied to multi-privileged group communications. So, in this paper, by uniquely combining a collusion-resistant broadcast encryption system and a KP-ABE system with a non-monotone access structure, we propose a scalable encryption scheme for multi-privileged group communications (EMGC). Based on the features of different multi-privileged group communication systems, we also propose two constructions for our EMGC scheme. With the two constructions, a system can support a user not only to join/leave a group at will, but also to change his access privilege on demand, and the expenses during rekeying operations are small. Therefore, our scheme, which can accommodate a dynamic group of users, is more applicable to multi-privileged group communications.     

基于区块链的电子病历数据共享方案

以区块链为数据存储平台的电子病历系统是当下研究的热点.存储在区块链上的数据是不可变的,这加强了数据的安全性.提出了一个基于区块链的电子病历数据共享方案,实现了患者和第三方数据用户在不侵犯患者隐私的前提下共享患者电子病历.使用私有链与联盟链构造方案的系统模型,医院服务器上存储患者的电子病历密文,私有链上存储患者病历密文的哈希值和关键字索引,联盟链上存储由关键字索引构成的安全索引.同时利用可搜索加密技术实现了联盟链上对关键字的安全搜索,运用代理重加密算法实现了第三方数据用户对患者电子病历的共享.通过数值实验对方案进行了性能评估.