用户可动态撤销及数据可实时更新的云审计方案

随着云存储的出现,越来越多的用户选择将大量数据存储在远程云服务器上,以节约本地存储资源.如何验证用户远程存储在云端数据的完整性,成为近年来学术界的一个研究热点.虽然现已提出了很多云审计方案,但大多数方案都假设个人和企业在使用云存储系统的整个过程中,用户及其公私钥始终不变,且不能高效地对数据进行实时动态更新.为此,提出一种轻量级的支持用户可动态撤销及存储数据可动态更新的云审计方案.首先,该方案允许用户可高效地动态撤销（包括更换公私钥）,在用户撤销阶段,采用了多重单向代理重签名技术,新用户只需计算重签名密钥,而无需从云端下载数据再重新签名后上传到云端;其次,该方案能够保证数据可实时动态更新（插入、删除、修改）,通过在数据块的身份识别码中引入虚拟索引,数据动态更新时,只有被更新数据块的身份识别码发生变化,其余数据块的身份识别码保持不变;最后,在重签名阶段,云服务器代替新用户进行签名,在审计阶段,第三方审计者代表当前用户对存储在远程云服务器上的数据进行完整性验证,减轻了终端用户的计算开销及系统的通信开销（轻量级）.安全性分析和性能分析进一步说明,该方案是安全的和高效的.     

具有私钥可恢复能力的云存储完整性检测方案

共享数据云存储完整性检测用来验证一个群体共享在云端数据的完整性,是最常见的云存储完整性检测方式之一.在云存储完整性检测中,用户用于生成数据签名的私钥可能会因为存储介质的损坏、故障等原因而无法使用.然而,目前已有的共享数据云存储完整性检测方案均没有考虑到这个现实问题.本文首次探索了如何解决共享数据云存储完整性检测中私钥不可用的问题,提出了第一个具有私钥可恢复能力的共享数据云存储完整性检测方案.在方案中,当一个群用户的私钥不可用时,可以通过群里的t个或者t个以上的用户帮助他恢复私钥.同时,设计了一个随机遮掩技术,用于确保参与成员私钥的安全性.用户也可验证被恢复私钥的正确性.最后,给出安全性和实验结果的分析,结果显示提出方案是安全高效的.     

基于动态重加密的云存储权限撤销优化机制——DR-PRO

针对云存储服务中用户访问权限撤销计算与带宽代价过大、复杂度过高等问题,提出一种基于动态重加密的云存储权限撤销优化机制(DR-PRO)。首先,以密文策略的属性加密体制(CP-ABE)的密文访问控制方案作为理论背景,利用(k,n)门限方案,将数据信息划分成若干块,动态地选取某一数据信息块实现重加密;然后,依次通过数据划分、重构、传输、提取以及权限撤销等子算法完成用户访问权限撤销实现过程。理论分析与测试仿真表明,在保证云存储服务用户数据高安全性的前提下:与懒惰重加密机制相比,DR-PRO的用户访问权限撤销的计算与带宽代价在数据文件变化情况下的平均下降幅度是5%;与完全重加密机制相比,DR-PRO的用户访问权限撤销的计算与带宽代价在共享数据块变化情况下的平均下降幅度是20%。实验结果表明,DR-PRO在云存储服务中能够有效提高用户访问权限撤销的性能与效率。     

工业互联网中增强安全的云存储数据访问控制方案

在工业互联网应用中,由于异构节点计算和存储能力的差异,通常采用云方案提供数据存储和数据访问服务.云存储中的访问控制如扩展多权限的云存储数据访问控制方案(NEDAC-MACS),是保证云存储中数据的安全和数据隐私的基石.给出了一种攻击方法来证明NEDAC_MACS中,被撤销的用户仍然可以解密NEDAC-MACS中的新密文;并提出了一种增强NEDAC-MACS安全性的方案,该方案可以抵抗云服务器和用户之间的合谋攻击;最后通过形式密码分析和性能分析表明,该方案能够抵抗未授权用户之间以及云服务器与用户之间的合谋攻击,保证前向安全性、后向安全性和数据保密性.     

云存储中支持属性撤销的多关键词可搜索加密方案

云存储的便捷性和管理高效性使得越来越多的用户选择将数据存放在云端。为支持用户对云端加密数据进行检索,提出云存储中基于属性加密支持属性撤销的多关键词搜索方案。采用线性秘密共享矩阵来表示访问控制结构,实现密文细粒度访问控制,在属性撤销过程中不需要更新密钥,应对用户属性变更的情况,在此基础上构造基于多项式方程的搜索算法支持多关键词搜索,从而提高搜索精度。理论分析和实验结果表明,该方案具有陷门不可伪造性和关键词隐私性,能够保证用户数据的隐私和安全,相比CP-ABE方案,具有较高的存储性能和计算效率,功能性更强。     

具有紧凑标签的基于身份匿名云审计方案

云存储技术具有效率高、可扩展性强等优点。用户可以借助云存储技术节省本地的存储开销,并与他人共享数据。然而,数据存储到云服务器后,用户失去对数据的物理控制,需要有相应的机制保证云中数据的完整性。数据拥有证明（PDP,provable data possession）机制允许用户或用户委托的第三方审计员（TPA,third party auditor）对数据完整性进行验证。但在实际应用中,数据通常由多个用户共同维护,用户在进行完整性验证请求的同时泄露了自己的身份。匿名云审计支持 TPA 在完成数据完整性验证时保证用户的匿名性。在基于身份体制下,匿名云审计方案通常需要借助基于身份的环签名或群签名技术实现,数据标签的构成元素与用户数量相关,使得数据标签不够紧凑,存储效率较低。为了解决这一问题,提出一种基于身份的匿名云审计方案通用构造,使用一个传统体制下的签名方案和一个传统体制下的匿名云审计方案即可构造一个基于身份的匿名云审计方案。基于该通用构造,使用 BLS 签名和一个传统体制下具有紧凑标签的匿名云审计方案设计了具有紧凑标签的基于身份匿名云审计方案。该方案主要优势在于数据标签短,能够减少云服务器的存储压力,提高存储效率。此外,证明了该方案的不可欺骗性和匿名性。     

混合云环境中多用户数据共享问题研究 *

针对混合云环境多用户数据共享进行了研究,为了完善混合云环境多用户数据共享机制、提高用户存储安全、解决权限撤销延迟问题,此次应用全同态加密算法,并结合门限技术,提出了一个改进的混合云环境多用户数据共享新方案。方案首先对明文进行顺序性分块,之后以改进后的全同态加密算法对明文加密,并发送至混合云存储。方案中为每个共享用户生成等级权限和时间约束信息,实现对共享用户权限管理,同时建立数据完整性标签,验证存储数据的完整性。最后通过实验进行模拟,权限撤销时间小于2s,数据完整性验证中对数据的改变控制在以内,同时访问中增加一个用户只延迟5s。与已有方案相比,表明新方案在实现数据共享的各个方面都获得较好的改善。     

一种属性可撤销的安全云存储模型

针对云存储服务中数据用户权限撤销粒度较粗及现有方案密钥分发计算量大等问题,基于双系统加密的思想,在合数阶双线性群上提出了一种新的细粒度权限撤销的安全云存储模型。数据拥有者同时也作为属性分发机构,保证了对自身数据的绝对控制,确保了在云服务商不可信情况下开放环境中的云端存储数据的安全。从模型架构和属性密钥分发两个方面对模型进行了研究,并用严格的数学方法证明了本方案是适应性安全的。云存储模型的数据访问策略根据实际需要可灵活设置,适用于云存储等开放式环境。     

云存储中基于虚拟用户的数据完整性验证

针对验证数据完整性过程中被撤销用户与云服务器存在共谋的问题,提出基于虚拟用户的数据完整性校验方案。在管理群组用户的过程中,管理员让云服务器作为代理,通过重签名方法将被撤销用户的签名转换为虚拟用户签名,以防止攻击者获取群组用户身份隐私信息。另一方面,管理员在本地存储所有用户的身份隐私信息,用户在访问共享数据之前需要通过管理员的验证,这样既能保证校验者可以正确验证共享数据的完整性,又能保护群组用户的隐私和共享数据的安全。分析证明结果表明,所提方案在用户撤销时不仅能够验证共享数据的完整性,还能降低攻击者精确获取用户身份隐私信息和共享数据内容的概率。     

支持用户追溯和轻量的共享云数据审计方案

在云计算中,数据通常由一组用户共享。由于第三方审计可以通过数据块的签名获取组成员的身份,为了保护群组成员的身份,现有对共享数据的公共审计方案都隐藏了组成员的身份。然而,身份的匿名性将导致一个组的成员可以恶意修改共享数据而不被发现,而且对于资源受限的设备,用户在产生签名的过程中计算量大。因此现有公共审计方案存在数据块身份的不可追溯、用户产生共享数据块签名的计算量大等问题。针对上述问题,提出了一种支持用户追溯和轻量的共享云数据审计方案（ASDA）。该方案利用安全中介者代替用户签名,保护了群组成员的身份,在签名的同时保存用户的信息,通过这些信息,可以追溯到数据块是由哪一个组成员修改,从而保证数据块身份可追溯性;而且利用新的数据块致盲技术,减少用户端计算量。实验结果表明,所提方案与利用第三方媒介存储共享云数据（SDVS）方案相比,减少了用户端计算时间,并且能够实现共享数据块身份的可追溯性。     

Cryptanalysis and improvement of Panda - public auditing for shared data in cloud and internet of things

Cloud computing and internet of things have gained remarkable popularity by a wide spectrum of users recently. Despite of the convenience of cloud storage, security challenges have risen upon the fact that users do not physically possess their data any more. Thus, some auditing schemes are introduced to ensure integrity of the outsourced data. And among them Panda is a public auditing scheme for shared data with efficient and secure user revocation proposed by Wang et al. It argued that it could verify the integrity of shared data with storage correctness and public auditing. In this paper, we analyze this scheme and find some security drawbacks. Firstly, Panda cannot preserve shared data privacy in cloud storage. Furthermore, our analysis shows that Panda is vulnerable to integrity forgery attack, which can be performed by malicious cloud servers to forge a valid auditing proof against any auditing challenge even without correct data storage. Then we pinpoint that the primary cause of the insecurity is the linear combinations of sampled data blocks without random masking properly. Finally, we propose an improvement of Panda together with data privacy preserving and sound public auditing while incurring optimal communication and computation overhead.     

基于盲签名的云共享数据完整性审计方案

云端共享数据完整性审计用来验证一个用户群组共享在云端的数据的完整性。传统方式下,成员用户需要为每一个数据块生成认证器,再将数据块和对应的认证器上传到云服务器中保存。然而用户的计算资源有限且计算能力不高,由用户产生数据块认证器需要消耗用户很大的计算开销。为了节省用户的计算资源,提高认证器生成的效率,提出基于盲签名算法的云共享数据完整性审计方案。用户先对数据块进行盲化再发送到认证器生成中心生成相应的认证器,此外,方案中对第三方审计者TPA进行审计授权,有效地避免了攻击者对于云服务器的DDoS攻击。安全性分析和实验结果表明该方案是安全、高效的。     

移动医疗系统中的可撤销无证书代理重签名方案

代理重签名在保证委托双方私钥安全的前提下, 通过半可信代理实现了双方签名的转换, 在本文方案中, 通过代理重签名实现了在通信过程中终端用户对于身份的隐私要求。移动医疗服务系统因为其有限的计算和存储能力, 需要借助云服务器来对医疗数据进行计算和存储。然而, 在将医疗数据外包给云服务器后, 数据便脱离了用户的控制, 这给用户隐私带来了极大地安全隐患。现有的无证书代理重签名方案大多都不具有撤销功能, 存在着密钥泄露等安全性问题。为了解决这一问题, 本文提出了一种可撤销的无证书代理重签名方案, 在不相互信任的移动医疗服务系统中, 实现了医疗数据传输过程以及云存储过程中的用户匿名性, 同时, 本文方案具有单向性和非交互性, 更适合在大规模的移动医疗系统中使用。此外, 当用户私钥泄露时, 本文利用 KUNode 算法实现了对用户的高效撤销, 并利用移动边缘计算技术将更新密钥和撤销列表的管理外包给移动边缘计算设备,降低了第三方的计算成本, 使其具有较低的延迟。最后, 在随机谕言机模型下证明了所构造的方案在自适应选择消息攻击下的不可伪造性, 并利用 JPBC 库与其他方案进行计算与通信开销的对比。其结果表明, 本方案在具备更优越的功能的同时, 具有较小的计算成本、通信成本和撤销成本。     

支持受损数据定位与恢复的动态群用户可证明存储

The outsourced storage mode of cloud computing leads to the separation of data ownership and management rights of data owners, which changes the data storage network model and security model. To effectively deal with the software and hardware failures of the cloud server and the potential dishonest service provider and also ensure the availability of the data owners’ data, the design of secure and efficient data availability and recoverability auditing scheme has both theoretical and practical importance in solving the concern of users and ensuring the security of cloud data. However, most of the existing studies were designed for the security and efficiency of data integrity or recoverability schemes, without considering the fast identification and reliable recovery of damaged data under dynamic group users. Thus, to quickly identify and recover damaged data, a publicly verifiable proof of storage scheme was proposed for dynamic group cloud users. The designed scheme enabled a trusted third-party auditor to efficiently identify the damaged files through a challenge-response protocol and allowed the cloud storage server to effectively recover them when the degree of data damage is less than an error correction ability threshold. The scheme combined association calculation and accumulation calculation, which effectively reduced the number of calculations for the identification of damaged data. By combining erasure coding and shared coding technology, the scheme achieved effective recovery of damaged data of dynamic group users. At the same time, the scheme also supported dynamic user revocation, which ensured the integrity audit and reliable recovery of the collective data after user revocation. The network model and threat model of the designed scheme were defined and the security of the scheme under the corresponding security model was proved. Through the prototype implementation of the scheme in the real environment and the modular performance analysis, it is proved that the proposed scheme can effectively identify the damaged data and reliably recover the cloud data when the data is damaged. Besides, compared with other schemes, it is also proved that the proposed scheme has less computational overhead in identifying and recovering damaged data. © 2022, Beijing Xintong Media Co., Ltd.. All rights reserved.     

Generic user revocation systems for attribute-based encryption in cloud storage

Cloud-based storage is a service model for businesses and individual users that involves paid or free storage resources. This service model enables on-demand storage capacity and management to users anywhere via the Internet. Because most cloud storage is provided by third-party service providers, the trust required for the cloud storage providers and the shared multi-tenant environment present special challenges for data protection and access control. Attribute-based encryption (ABE) not only protects data secrecy, but also has ciphertexts or decryption keys associated with fine-grained access policies that are automatically enforced during the decryption process. This enforcement puts data access under control at each data item level. However, ABE schemes have practical limitations on dynamic user revocation. In this paper, we propose two generic user revocation systems for ABE with user privacy protection, user revocation via ciphertext re-encryption (UR-CRE) and user revocation via cloud storage providers (UR-CSP), which work with any type of ABE scheme to dynamically revoke users.     

面向真实云存储环境的数据持有性证明系统

对数据动态更新和第三方审计的支持的实现方式是影响现有数据持有性证明（provable data possession,简称PDP）方案实用性的重要因素.提出面向真实云存储环境的安全、高效的PDP系统IDPA-MF-PDP.通过基于云存储数据更新模式的多文件持有性证明算法MF-PDP,显著减少审计多个文件的开销.通过隐式第三方审计架构和显篡改审计日志,最大限度地减少了对用户在线的需求.用户、云服务器和隐式审计者的三方交互协议,将MF-PDP和隐式第三方审计架构结合.理论分析和实验结果表明：IDPA-MF-PDP具有与单文件PDP方案等同的安全性,且审计日志提供了可信的审计结果历史记录;IDPA-MF-PDP将持有性审计的计算和通信开销由与文件数线性相关减少到接近常数.     

Blockchain-based Privacy-Preserving Group Data Auditing with Secure User Revocation

Progress in cloud computing makes group data sharing in outsourced storage a reality. People join in group and share data with each other, making team work more convenient. This new application scenario also faces data security threats, even more complex. When a user quit its group, remaining data block signatures must be re-signed to ensure security. Some researchers noticed this problem and proposed a few works to relieve computing overhead on user side. However, considering the privacy and security need of group auditing, there still lacks a comprehensive solution to implement secure group user revocation, supporting identity privacy preserving and collusion attack resistance. Aiming at this target, we construct a concrete scheme based on ring signature and smart contracts. We introduce linkable ring signature to build a kind of novel meta data for integrity proof enabling anonymous verification. And the new meta data supports secure revocation. Meanwhile, smart contracts are using for resisting possible collusion attack and malicious re-signing computation. Under the combined effectiveness of both signature method and blockchain smart contracts, our proposal supports reliable user revocation and signature re-signing, without revealing any user identity in the whole process. Security and performance analysis compared with previous works prove that the proposed scheme is feasible and efficient.