EMCA:一种新的多云存储中高效的多副本审计方案

云数据审计是一项允许数据所有者在不下载数据的情况下检查数据是否在远程云服务器上完整存储的技术。目前,云数据审计可分为单副本审计和多副本审计,针对多副本审计方案中计算开销大以及无法审计多云存储数据的不足,提出了一种在多云情景下高效的多副本云数据审计方案。所提方案使用较轻量级的模幂加密技术代替传统上计算成本较高的双线性配对技术,以降低在审计过程中的计算开销,提高了方案的效率。为每个副本数据块生成一个同态验证标签(HVT)作为元数据,当用户发出审计要求,每个云服务提供商生成对应的证据,由云服务器管理者聚合证据,实现了在多云存储中的审计。安全分析表明,所提方案可抵挡恶意云服务提供商的伪造攻击,以及恶意云服务提供商与第三方审计者的合谋攻击。性能分析表明,所提方案在计算开销上低于现有多副本审计方案,实现了高效的多云存储多副本审计。     

支持动态操作的多副本数据完整性验证方案

针对云存储环境下外包数据面临的安全隐患，并结合现有云数据完整性验证方案的不足，提出了支持动态操作的多副本数据完整性验证方案。方案考虑了多副本应用场景，并在现有云数据完整性验证方案的基础上以较小的代价实现了文件的多副本验证，并通过引入认证的数据结构—基于等级的Merkle哈希树，实现了文件的可验证动态更新。通过对多副本进行关联，可以实现多个副本的同步更新。安全性分析与实验表明了该方案的安全性与有效性，实现了数据的安全存储与更新，并有效保证了数据多副本的隐私安全。     

面向云存储的多副本文件完整性验证方案

文件完整性验证是云存储服务的一项重要安全需求.研究者已经提出多项针对云存储文件完整性验证的机制,例如数据持有性验证(prove of data possession, PDP)或者数据可恢复证明(proof of retrievability, POR)机制.但是,现有方案只能够证明远程云存储持有一份正确的数据,不能检验其是否保存多份冗余存储.在云存储场景中,用户需要验证云存储确实持有一定副本数的正确文件,以防止部分文件意外损坏时无法通过正确的副本进行恢复.提出的多副本文件完整性验证方案,能够帮助用户确定服务器正确持有的文件副本数目,并能够定位出错的文件块位置,从而指导用户进行数据恢复.实验证明,充分利用了多服务器分布式计算的优势,在验证效率上优于单副本验证方案.     

基于可审计多副本的云存储差错副本恢复机制

针对具备可审计特性的多副本云存储系统的差错副本恢复问题,在多副本云存储完整性审计方案的基础上,从总体流程、影响因素、恢复策略、故障定位和计算模型5个方面阐述差错副本恢复机制,将差错副本恢复策略归纳为全副本下载上传、全副本差值上传、故障块上传和故障段上传4种,并对影响恢复效率的因素进行了量化,提出通信开销、计算开销和总开销的计算模型。针对一个具体的多副本云存储完整性审计方案,对不同策略和参数下纠正一个数据块随机差错的开销进行量化分析。实验结果表明,当带宽分别为1 Mb/s、10 Mb/s、100 Mb/s和1 Gb/s时,实验中最优策略的耗时分别只有全副本差值上传策略的0.34%、2.44%、15.27%和46.93%。可见所提模型可用于为可审计多副本云存储系统选择合适的策略与参数,以提高差错副本恢复效率,尤其适用于网络带宽受限的情况。     

基于Paillier加密的数据多副本持有性验证方案

云存储服务中,用户将数据存储在不可信的云储存服务器上,为检查云存储中服务提供商(CSP)是否按协议完整地存储了用户的所有数据副本,提出一种 支持对数据副本进行动态操作 的基于Paillier加密的数据多副本持有性验证方案, 即DMR-PDP方案。该方案为实现多副本检查,将文件块以文件副本形式存储在云服务器上,将各副本编号与文件连接后利用Paillier密码系统生成副本文件以防止CSP各服务器的合谋攻击。利用BLS签名实现对所有副本的批量验证。将文件标志和块位置信息添加到数据块标签中,以保证本方案的安全性,支持对文件的动态更新操作。安全性分析和仿真实验结果表明,该方案在安全性、通信和计算开销方面的性能优于其他文献提出的方案,极大地提高了文件存储和验证的效率,减少了计算开销。     

基于模糊身份的动态数据审计方案

云存储服务的快速发展,也带来众多安全挑战.针对云存储数据的完整性,已有的基于模糊身份的审计方案仅仅支持静态数据,因此很多情况并不适用.本文提出了一种基于模糊身份的动态数据完整性审计方案,结合默克哈希树的动态数据结构,实现用户对云端数据的完全动态操作.该方案采用基于模糊身份的密码体制,与基于公钥基础设施的数据完整性审计方案相比,避免了对公钥证书颁发、管理、吊销的过程,降低了通信代价.并且该方案能够支持批量验证,提高认证效率.最后,本文从安全性和功能上对新方案进行分析,能够抵抗伪造攻击,也保护了数据隐私安全,并且在功能上较其他方案也有一定的优势.     

一种隐私保护的多副本完整性验证方案

为使用户能够及时判断云数据的完整性状态,并且在损坏小于一定程度时修复数据,提出一种隐私保护的多副本完整性验证方案.基于Parakh秘密共享方案设计多副本机制,保证数据的可取回性.将用户身份信息与可用数据隔离存储,通过存储认证码建立身份信息与拆分数据块之间的映射关系,使攻击者无法建立可用数据与用户之间的联系.基于多示证方的零知识证明思想,设计挑战-应答协议,使用户能及时判断云端数据是否完整,并确定出错的数据服务器.分析结果表明,该方案可提高用户存储空间的利用率,保护用户的身份隐私,较好地解决了云计算外包服务模式和云服务商可信性不易评估引起的数据问题.     

多云存储中基于身份的数据持有性公开证明方案

数据持有性证明技术是解决云存储中数据安全问题的关键技术之一,多云存储下的数据持有性证明则是具有分布式特性的较新的一个研究课题。为了解决目前多云存储下的数据持有性证明技术方案少、安全性差、计算效率低等问题,提出一个适用于多云存储的、基于身份的、支持公开证明的数据持有性证明方案,并对方案的正确性、安全性和性能进行了详细的分析。分析比较结果说明所提方案比其他方案具有更好的性能,尤其具有高得多的计算效率。     

具有短密文的多身份全同态加密构造框架

类似于多密钥全同态加密（Multi-key Fully Homomorphic Encryption,MFHE）,多身份全同态加密（Multi-id Identity-basedFully Homomorphic Encryption,MIBFHE）允许对不同用户的密文进行关于任意函数的同态计算,且后者因具有加密密钥易获取、密钥托管和密钥撤销易实现等特点,具有更深远的应用前景。
Canetti等人在PKC 2017上给出了一个框架,可将身份加密方案（Identity-based Encryption,IBE）和MFHE方案转换成MIBFHE方案。若用基于DLWE假设的IBE方案和Brakerski与Perlman的全动态^①MFHE方案（以下简称BP方案）,可得到全动态的MIBFHE方案,但密文规模较大,为O（n⁵log⁵q）,这里n,q是DLWE假设的参数,且紧致性相比于MFHE方案变弱。因密文规模是影响通信效率的主要因素,本文构造了一个密文规模较小和紧致性较强的MIBFHE方案框架,且仅用了MFHE这一个构件,然后用BP方案去实例化,得到了全动态的、选择性安全的MIBFHE方案,其密文规模为O（nlogq）.     

云存储中动态副本放置机制研究

数据副本管理是云计算系统管理的重要组成部分,在云计算系统的海量数据处理过程中,针对目前已知的数据存放与资源调度算法存在考虑副本动态性和可靠性的不足,提出了一种动态的副本放置机制。该机制基于区域结构,考虑数据处理时其副本的数量和放置位置,以及副本的产生对于内存和带宽等系统资源的开销:首先根据云存储中的副本信息,对被访问频率高且访问平均响应时间长的数据信息进行复制,并给出副本数量的计算方法;考虑缩小副本分布的节点选择范围,提出动态的副本放置算法——DRA,将一定范围内的节点根据提出的域的划分,进行放置筛选,以存放数据副本。实验结果表明,提出的动态放置机制不仅减少了低访问率副本对系统存储空间的浪费;同时也减少了高访问率副本所需跨节点的传输延迟,有效提高了云存储系统中的数据文件的访问效率、负载的均衡水平,以及云存储系统的可靠性和可用性。     

多云存储中保护隐私的数据完整性验证方案

随着云存储的应用,越来越多的用户选择将数据分散地存储在多个云服务器上,但是这种远程存储方式给用户数据的完整性带来了挑战。同时,代替用户校验数据完整性的第三方审计（TPA）近来也被指出存在泄露用户数据隐私的风险。针对现有的远程数据安全性、隐私性及高效验证的问题,提出一种多用户多服务器环境下支持隐私保护的批处理数据完整性验证方案。方案在一般群模型和随机谕言机模型下是可证明安全的。性能分析和实验表明,与其他在多用户多服务器环境下拓展并保护隐私的方案相比,该方案具有较低的通信复杂度和计算复杂度。     

云存储中副本自适应一致性研究

在云存储系统中,为了保证系统可用性的同时尽可能提高系统性能,降低副本同步过程中网络带宽等资源的消耗。提出了基于文件热度的副本自适应一致性方法。该方法根据文件的热度不同,动态调整副本同步的一致性策略,对于热度高的文件在副本同步过程中采用强一致性,对于热度低的文件在副本同步过程中采用最终一致性。在计算文件热度时,考虑了文件访问的时间序列并结合LRFU算法,该热度值表示了文件将来可能的访问情况,并与文件的实际访问情况一致。实验表明该方法在保证系统可用性的同时显著降低了网络带宽资源的消耗,有效地平衡了系统的可用性和性能。     

基于多级网络编码的多副本云数据存储

云数据存储的快速发展对数据的可用性提出了较高要求.目前,主要采用纠删码计算数据编码块进行分布式冗余数据存储来保证数据的可用性.虽然这种数据编码技术保证了存储数据的安全性并减少了额外的存储空间,但在损坏数据恢复时会产生较大的计算和通信开销提出一种基于多级网络编码的多副本生成和损坏数据恢复算法算法基于多级网络编码对纠删码的...     

基于同态hash的数据多副本持有性证明方案

为检查云存储中服务提供商(CSP)是否按协议完整地存储了用户的所有数据副本,在分析并指出一个基于同态hash的数据持有性证明方案安全缺陷的基础上,对其进行了改进和扩展,提出了一个多副本持有性证明方案。为实现多副本检查,将各副本编号与文件连接后利用相同密钥加密以生成副本文件,既有效防止了CSP各服务器的合谋攻击,又简化了用户和文件的授权访问者的密钥管理;为提高检查效率,利用同态hash为数据块生成验证标签,实现了对所有副本的批量检查;为保证方案安全性,将文件标志和块位置信息添加到数据块标签中,有效防止了CSP进行替换和重放攻击。安全性证明和性能分析表明,该方案是正确和完备的,并具有计算、存储和通信负载低,以及支持公开验证等特点,从而为云存储中数据完整性检查提供了一种可行的方法。     

安全的指定发送者的基于身份的可搜索加密方案

云存储技术发展非常迅速,用户能高效地共享数据、便捷地处理数据,但是不能保证不会外泄用户的敏感信息。带关键字搜索的公钥加密(PEKS)方案能在不解密的情况下对关键字进行搜索,但PEKS存在管理证书的问题。它的变体,即基于身份的可搜索加密方案(IBEKS)能简化公钥基础设施中证书的管理,然而,大多数的方案都不能抵抗内部敌手的关键字猜测攻击。因此提出一个安全的指定发送者的基于身份的可搜索加密,能同时满足陷门不可区分性和密文不可区分性。与已有方案相比,该方案的存储和计算的代价较低,保证了使用性和效率。     

云数据中心操作系统副本分布算法的设计与实现

介绍云数据中心操作系统(云海OS)中的副本分布算法,该算法用于解决云存储环境下的副本分布问题,将存储节点的选择问题转化为一个多指标决策问题(MCDM),使用TOPSIS进行求解。算法能够充分利用云计算环境下的多种检测数据,结合灵活的权重分配方式,适应多数云存储环境。模拟实验表明,云海OS算法在负载均衡和副本创建时间方面优于传统的Least和Ran-dom算法。     

存储中的副本分级存储调度策略

当集群中的部分节点是廉价主机时,采用HDFS的随机存储策略可能使访问频率高的数据存储在廉价节点上,受到廉价节点的性能影响,访问时间过长,降低了集群效率。为改善以上问题,提出一种改进的副本分级存储调度策略。为减少副本调度的次数,先根据节点的CPU、内存、网络、存储负载以及网络距离来评价节点的性能,再从中选取高性能节点进行存储。副本调度以节点中副本的访问频率为依据,结合硬件配置,把访问频率高的副本尽可能存储在高性能、高配置的节点中,以加快集群响应速度。实验结果表明,改进后的策略可以在异构集群中提高副本的访问效率,优化负载均衡。     

一种基于公钥分割的多副本持有性证明方案

在数据外包的云存储环境中,如何验证存储服务方是否忠诚地按照客户需求保存足够数量的副本数据是一个挑战性问题。现有方案只能对各个副本逐一进行验证,存在验证效率低、计算开销大和对数据更新支持弱等缺点。提出一种带 Collector 的多副本云存储模型,在此基础上给出一种基于公钥分割的多副本持有性证明方案（multiple replica possession proving scheme based on public key partition , MRP‐PKP）。该方案将公钥分割为多个份额并分配给对应的副本存储节点;在验证时,能够一次性对所有副本的持有性进行高效验证。此外,该方案可有效防御同谋攻击,能够方便地支持数据块级更新操作。进一步理论分析和模拟实验表明：与传统方案相比,MRP‐PKP 方案具有安全性高、通信开销低、运算代价小等优势。     

一种支持动态操作的身份基云存储方案

针对传统的云存储完整性审计技术依赖PKI公钥体系、密钥管理成本高等问题,文章构建了一种基于身份的云存储审计模型,利用Merkle哈希树技术实现用户数据的动态更新。经方案分析证明,该方案是安全可行的。通过构建云医疗数据管理模型,证明该方案具有良好的应用前景。     

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。 