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。     

改进的高效动态可搜索加密方案

为解决云存储环境下加密数据的安全检索问题,对现有算法进行改进,提出一种高效且安全的可搜索加密方案。该方案利用哈希链表构建三个索引表：文件索◢引表γ▼f▽、搜索索引表γ▼w▽、删除索引表γ▼d▽,后两者是在每次搜索过程中根据搜索凭证和访问格式逐渐建立的,有效分摊了总的搜索时间,且关键词二次搜索的时间消耗为常量。为提高◣更新效率,与原算法相比,增加了删除索引表,测试结果表明,改进后的方案删除操作的时间消耗一般可减少30%~60%。通过泄露函数证明在更新过程中不会泄露访问格式外的更多信息,安全性较高。     

Verifiable searchable symmetric encryption for conjunctive keyword queries in cloud storage

Searchable symmetric encryption (SSE) has been introduced for secure outsourcing the encrypted database to cloud storage, while maintaining searchable features. Of various SSE schemes, most of them assume the server is honest but curious, while the server may be trustless in the real world. Considering a malicious server not honestly performing the queries, verifiable SSE (VSSE) schemes are constructed to ensure the verifiability of the search results. However, existing VSSE constructions only focus on single-keyword search or incur heavy computational cost during verification. To address this challenge, we present an efficient VSSE scheme, built on OXT protocol (Cash et al., CRYPTO 2013), for conjunctive keyword queries with sublinear search overhead. The proposed VSSE scheme is based on a privacy-preserving hash-based accumulator, by leveraging a well-established cryptographic primitive, Symmetric Hidden Vector Encryption (SHVE). Our VSSE scheme enables both correctness and completeness verifiability for the result without pairing operations, thus greatly reducing the computational cost in the verification process. Besides, the proposed VSSE scheme can still provide a proof when the search result is empty. Finally, the security analysis and experimental evaluation are given to demonstrate the security and practicality of the proposed scheme.     

基于动态累加器的去中心化加密搜索方案

近年来区块链技术取得广泛关注,涌现出众多基于区块链技术的新型应用,其中以 StorJ、Filecoin为代表的去中心化存储应用取得了较好的市场反响。对比传统中心化存储,去中心化存储为用户提供了全新的数据存储思路,令用户在获得更好的服务伸缩性的同时,有效降低数据存储的成本。但在现有的去中心化存储方案中,用户的隐私不能得到有效保护。基于此,介绍了一种利用加密搜索技术对去中心化存储方案进行加强的方法。新方法将动态累加器算法引入加密搜索过程中,保障用户存储内容隐私并提供了更好的加密搜索性能。     

区块链上支持多关键字检索的可搜索加密方案

在基于云存储的单关键字可搜索加密中,云服务器不是完全可信的,且现有的单关键字检索不能精确地返回搜索结果。基于此, 结合区块链技术提出了区块链上的多关键字可搜索加密方案。该方案采用对称加密算法提高了加密效率;利用区块链技术解决了云服务器不诚实搜索的问题;采用多关键字的索引结构提高了搜索结果的精确性。在随机预言模型下,证明了该方案在选择关键字攻击下是不可区分IND CKA安全的,通过效率分析表明该方案具有更高的效率。     

基于可搜索加密的密态知识图谱存储和检索方案

随着云计算的快速发展,知识图谱数据外包成为一种流行的趋势。医疗、金融等诸多领域中的知识图谱有着隐私敏感特性,然而云服务器并不是完全可信的,为了保护数据在云服务器上的机密性和完整性,需要使用加密等方式来保护知识图谱数据的安全。提出了一种基于可搜索加密的密态知识图谱存储方案,可以有效保护数据的机密性和完整性,并且支持在密态数据上的检索。该方案充分考虑了知识图谱实体及其关系顺序读取的必要性,从而对密态索引设计进行优化,加快检索效率。实验结果显示,密态知识图谱的一跳子图查询平均时间为非密态知识图谱的2.09倍,表明该方案在安全性和查询效率上取得了良好的平衡。     

增量式多关键字可搜索加密算法

为满足加密文件的多关键字检索需求并解决云存储模式下文件频繁更新导致用户重构安全索引的问题,提出增量式多关键字可搜索加密算法。基于新型的多元素随机布隆过滤器,使用户提交的多个查询关键字被随机哈希并混合,在随机布隆过滤器中得到快速判定。该算法保障数据与查询机密性的同时,保护用户访问模式的隐私性,支持文件的独立更新,有效避免可搜索结构的整体重构,其效率与检索准确率与同类算法相比有较大提高。实验验证了该方案的实用性。     

基于无证书的具有否认认证的可搜索加密方案

物联网环境下,云存储技术的发展和应用降低用户数据的存储和管理开销并实现资源共享。为了保护用户的身份隐私,提出一种具有否认认证特性的可搜索加密方案。发送方对原始数据进行可否认加密并将密文上传,而接收端在密文的确认阶段无法向第三方证明数据的来源,保障了数据的安全性。相较于基于身份认证的单一设计,提出方案利用无证书密码技术解决了传统方案中密钥托管和密钥撤销阶段中存在的弊端,同时也实现了可否认加密的密态搜索。最后,对提出方案进行了严格的安全性分析。实验结果表明该方案可以较好地完成可搜索加密任务。     

基于错误学习的自适应等级可搜索加密方案

针对现有分等级可搜索加密方案存在不能有效抵抗量子攻击以及不能灵活添加与删除等级的问题,提出一种基于错误学习的自适应等级可搜索加密（AHSE）方案。首先,利用格的多维特点并基于格上错误学习（LWE）问题,使该方案能有效抵抗量子攻击;其次,构造条件键对用户进行明确的等级划分,使用户只能搜索其所属等级下的文件,实现有效的等级访问控制;同时,设计一种分段式索引结构,其等级能够灵活添加与删除,具有良好的自适应性,可以满足不同粒度访问控制的需求,并且,该方案中所有用户仅共享一张分段式索引表即可实现搜索,从而有效提高搜索效率;最后,理论分析表明,该方案中用户和文件的更新、删除以及等级变动简单、易于操作,适用于动态的加密数据库、云医疗系统等环境。     

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。     

SEOT: Secure dynamic searchable encryption with outsourced ownership transfer

When one enterprise acquires another, the electronic data of the acquired enterprise will be transferred to the acquiring enterprise. In particular, if the data system of acquired enterprise contains a searchable encryption mechanism, the corresponding searchability will also be transferred. In this paper, we introduce the concept of Searchable Encryption with Ownership Transfer (SEOT), and propose a secure SEOT scheme. Based on the new structure of polling pool, our proposed searchable encryption scheme not only achieves efficient transfer of outsourced data, but also implements secure transfer of data searchability. Moreover, we optimize the storage cost for user to a desirable value. We prove our scheme can achieve the secure characteristics, then carry out the performance evaluation and experiments. The results demonstrate that our scheme is superior in efficiency and practicability.     

具有高效授权的无证书公钥认证可搜索加密方案

设计了1个高效授权的无证书密码环境下的公钥认证可搜索加密方案的安全模型,并提出了具体的具有高效授权的无证书公钥认证可搜索加密方案。该方案中云服务器利用数据属主对密文关键词索引的签名进行数据属主的身份验证;其次,数据用户对授权服务器进行授权,授权服务器可以对数据用户进行验证,若数据用户合法,则协助数据用户对云服务器返回的密文执行有效性的验证;同时,数据属主与数据用户利用云服务器公钥生成的密文关键词索引与陷门搜索凭证,可以保证密文关键词索引与陷门搜索凭证满足公开信道中的传输安全。最后使用仿真验证了所提方案的效率。     

对称可搜索加密技术研究进展

具有前向隐私和后向隐私的动态对称可搜索加密(dynamic searchable symmetric encryption, DSSE)方案能够支持动态添加和删除密文索引且具有较高的搜索效率,一直是近年来研究的热点. 针对Aura方案中存在密文存储开销大和误删除的问题,给出了对称可撤消加密（symmetric revokable encryption,SRE）原语更严格的正确性定义,从理论上分析了误删除发生的条件,通过设计穿刺密钥位置选择算法,避免了哈希碰撞导致的节点位置重用. 在此基础上,构造了基于SRE对称可搜索加密方案. 方案利用多点可穿刺伪随机函数实现一次穿刺所有未使用节点,既有效降低了搜索时服务器的计算开销,又可避免提前暴露未使用密钥,提高方案的安全性. 最后,从搜索效率、存储开销、通信开销和安全性等方面对方案进行了分析. 理论分析和实验结果表明,所提方案不仅能够减小服务器密文存储时的空间开销,避免误删除索引,而且在大规模节点下具有更高的搜索效率.

     

A multi-user searchable encryption scheme with keyword authorization in a cloud storage

Multi-user searchable encryption (MSE) allows a user to encrypt its files in such a way that these files can be searched by other users that have been authorized by the user. The most immediate application of MSE is to cloud storage, where it enables a user to securely outsource its files to an untrusted cloud storage provider without sacrificing the ability to share and search over it. Any practical MSE scheme should satisfy the following properties: concise indexes, sublinear search time, security of data hiding and trapdoor hiding, and the ability to efficiently authorize or revoke a user to search over a file. Unfortunately, there exists no MSE scheme to achieve all these properties at the same time. This seriously affects the practical value of MSE and prevents it from deploying in a concrete cloud storage system. To resolve this problem, we propose the first MSE scheme to satisfy all the properties outlined above. Our scheme can enable a user to authorize other users to search for a subset of keywords in encrypted form. We use asymmetric bilinear map groups of Type-3 and keyword authorization binary tree (KABtree) to construct this scheme that achieves better performance. We implement our scheme and conduct performance evaluation, demonstrating that our scheme is very efficient and ready to be deployed.     

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。     

Keyword guessing attacks on secure searchable public key encryption schemes with a designated tester

The first searchable public key encryption scheme with designated testers (dPEKS) known to be secure against keyword guessing attacks was due to Rhee et al. [H.S. Rhee, W. Susilo, and H.J. Kim, Secure searchable public key encryption scheme against keyword guessing attacks, IEICE Electron. Express 6(5) (2009), pp. 237–243]. Recently, some dPEKS schemes, including the Rhee et al. scheme, were found to be vulnerable to keyword guessing attacks by a malicious server. However, the Rhee et al. dPEKS scheme and its improved variants are still known to be secure against keyword guessing attack by the outsider attacker to date. In this paper, we present a keyword guessing attack by the outsider attacker on the existing dPEKS schemes. We first describe the attack scenario which is possible in the current nature of the Internet and public key encryption with keyword search applications, e.g. email routing. We then demonstrate the detailed attack steps on the Rhee et al. scheme as an attack instance. We emphasize that our attack is generic and it equally applies to all existing dPEKS schemes that claim to be secure against keyword guessing attacks by the outsider attacker.     

一种基于对称加密的范围数据查询算法

为了弥补保序加密算法的隐私泄漏问题,结合对称可搜索加密技术基本思想,提出一种新型的具有隐私保护功能的范围数据加密查询算法.在该算法中,将数字范围转换为特殊关键字并放入布隆过滤器进行存储与命中判定,其中密文信息仅与值域相关,与具体数据无关,从而保证了语义安全性.实验结果表明,该算法计算负载仅为线性增长.综合而言,该算法具有更高的安全性与良好的运行效率.     

Privacy leakage of certificateless public key authenticated searchable encryption via frequency analysis: Attacks and revises

Certificateless public key authenticated searchable encryption (CLPASE) is a versatile asymmetric searchable encryption that enables ciphertext retrieval, resists inside keyword guessing attacks, and avoids both certificate management problem and key escrow problem. However, most existing CLPASE schemes are vulnerable to frequency analysis which can extract keywords from user-generated trapdoors (i.e., search queries) and thus compromise user’s search privacy.In this paper, we give a detailed analysis showing that most CLPASE schemes reveal the underlying frequency distribution of the target keywords in the trapdoors searched by users, regardless of whether the trapdoor generation algorithm is deterministic or not. The analysis shows that frequency analysis has become a significant threat to users’ search privacy in the CLPASE system. To address this issue, we provide a concrete CLPASE scheme against frequency analysis. We then compare our scheme with previous CLPASE schemes in terms of features and performance evaluation. As a result, our scheme provides higher guarantee for user’s search privacy with comparable efficiency.