公钥可搜索加密体制综述

伴随着云计算技术的广泛应用,外包到云服务器存储的数据通常采用密文方式进行存储以确保数据安全和用户隐私。可搜索加密体制允许用户对密文数据通过关键词进行检索,从而极大减少了数据共享用户的通信和计算开销。基于公钥的可搜索加密体制解决了对称可搜索加密体制中的密钥分发问题而受到广泛关注。本文侧重于阐述公钥可搜索加密体制的研究进展,描述了它的形式化定义、安全模型;分析和讨论了典型的公钥可搜索加密体制的设计机理、相关的扩展方案以及它们的安全性问题。最后,本文还讨论了公钥可搜索加密体制的应用场景,并指出了未来可能的发展方向。     

可搜索公钥加密研究进展

随着大数据和云计算技术的不断发展,云平台成为存储海量数据的首选,而用户数据隐私与安全是云计算环境中最重要的问题之一。为确保数据的安全,用户通常将敏感数据加密后再存储在云服务器中,如何在云上高效检索这些密文数据成为了挑战。可搜索加密技术允许用户通过关键词直接检索密文数据,为实现密文数据的高效检索提供了有效的办法,在保护数据隐私的同时减少了通信和计算开销。近几年,可搜索公钥加密（PEKS）技术为了应对不同平台和应用场景,出现了大量基于不同困难问题、查询方式、改变结构的扩展方案。因此针对安全扩展和功能扩展,围绕时下应用需求在权限共享、密钥管理问题、细粒度搜索和访问控制能力方面对PEKS扩展方案进行综述,并对具体阐述的方案性能进行深入对比分析,指出存在的优势与不足。最后对PEKS技术的发展趋势进行总结和展望。     

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。     

一种可验证的公钥可搜索加密方案

公钥可搜索加密能实现基于密文的信息检索,适用于云计算环境。但现有公钥可搜索加密方案普遍依赖于双线性对,并且无法对服务器返回的搜索结果进行验证,效率和安全性较低。为此,基于El Gamal加密算法提出一种可验证的公钥可搜索加密方案。该方案使用El Gamal加密算法替代双线性对运算,与传统算法相比具有较低的计算复杂度,并且易于实现。在密文关键词及加密文件生成算法中,采用El Gamal签名算法对关键词的哈希值进行数字签名。当收到服务器返回的搜索结果后,用户可以通过计算得到发送者的公钥,并对相应的签名值进行验证,从而有效防止服务器返回错误结果。     

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。     

无配对公钥认证可搜索加密方案

随着云计算与5G通信的快速发展与广泛应用,云移动用户数迅速增长.云数据的隐私性保护越来越受大众关注.早期提出的带关键字搜索的公钥加密方案(public key encryption scheme with keyword search, PEKS)和公共通道带关键字搜索的公钥加密方案(secure channel free PEKS, SCF-PEKS)允许系统中的任何用户向服务器发送加密文件供接收者检索,起到一定的隐私保护作用.但之后Rhee等人的工作中发现方案仍存在关键词隐私性安全不足.同时,多数的公钥可搜索加密方案是基于双线性对下计算的.在运算能力有限的设备上应用,其计算效率会有所限制.针对以上问题,提出一种非双线性对运算的公共通道的公钥认证可搜索加密方案(non bilinear pairs secure channel free public key authentication encryption with keyword search scheme, NBP-SCF-PAEKS),该方案的计算效率相对于双线性对方案高,并且在关键词检索过程具有访问控制功能.在不使用随机预言机模型下,通过Game-Hopping方法证明方案满足适应性选择关键词攻击下多关键词密文不可区分性以及适应性选择关键词攻击的陷门不可区分性,使得方案模型抵抗在线模式下外部攻击者关键词猜测攻击和离线模式下内部攻击者关键词猜测攻击.根据方案设计进行仿真实验,结果表明：该方案相对于其他方案是高效安全的.     

指定使用者的多服务器多关键字可搜索加密方案

针对现有可搜索加密方案中密文检索效率低、搜索结果不精确以及不支持数据使用者身份验证等问题,在无证书密码体制下,提出一种指定使用者且多服务器多关键字的可搜索加密方案。使用多服务器和多关键字技术在降低服务器负荷的同时提高用户检索密文的速度,使搜索结果更加精确。在搜索验证阶段,搜索服务器验证数据使用者的身份,若身份合法则存储服务器根据关键字向数据使用者返回相应密文。性能分析结果表明,在随机预言机模型下该方案可以抵抗内外关键字猜测攻击,且能够在降低计算开销的同时提高搜索效率,在安全性和效率方面均具备一定优势。     

可问责的多关键字可搜索加密方案

为了解决现有的可搜索加密方案无法对私钥泄露者的身份进行追踪问责等问题,提出了一种可问责的多关键字密文搜索方案。引入一个追踪算法,根据被泄露、出售的私钥追踪到私钥所有者的身份,并对该用户进行问责。如果确定该用户为泄密者,可直接将其从系统中撤销,从而保障系统的安全。经证明,该方案是可问责的并且基于q'-SDH假设是具有安全性的。同时,该方案将加密阶段分为离线加密和在线加密,有效地减少了在线加密的计算量,提升了系统整体运行效率。此外,该方案还支持多关键字查询,为用户缩小了查询范围,搜索效率得到了提升。最后,给出了安全性证明和实验分析,证明了该方案是安全的、可行的。     

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。      

带关键词检索的公钥加密方案

针对现有的带关键词检索的公钥加密(PEKS)方案中的大量对运算需要消耗较多时间,且都存在不能抵抗重放攻击的问题,在研究PEKS的基础上,提出一种高效的带关键词检索的公钥加密方案。与现有的PEKS方案相比,该方案保留了现有PEKS方案的优点,能有效地抵抗重放攻击。     

一种可抵抗关键词猜测攻击的动态非对称可搜索加密方案

密文搜索可以用于保护用户存储在云端的文件,防止隐私的泄露,允许用户在不泄露明文信息的情况下进行搜索,根据使用密钥体制的不同,可分为对称可搜索加密和非对称可搜索加密.但是现有大多数的PEKS方案的索引构造都是基于文件-关键词对,每次搜索都需要遍历所有文件,这会使方案的搜索效率较为低下,并且现有的PEKS方案大都只支持静态...     

面向云存储的带关键词搜索的公钥加密方案

广泛应用于云存储环境的带关键词搜索的公钥加密体制(public key encryption with keyword search, PEKS)不仅能保证所存储数据的隐私,而且具有搜索功能. 针对抵制内部离线关键词猜测攻击问题,目前的解决方案是通过引入发送者的私钥,使得密文实现认证功能,从而抵制内部的离线关键词猜测攻击,但是此方法使得接收者必须事先指定发送者,这不符合实际要求. 为此,提出一个高效的带关键词搜索的公钥加密方案而且在标准模型下可证明安全. 该方案有3个优势：1)通过引入发送者和服务器的身份,实现了抵制内部和外部离线关键词猜测攻击,而且不需要接收者指定发送者;2)通过引入服务器的公私钥对,陷门可以在公开信道传输;3)因为任何人都可验证关键词密文的正确性,该方案能够抵制选择关键词密文攻击.     

基于SM9的公钥可搜索加密方案

云存储技术因其使用便捷、性价比高等优势得以迅速发展,越来越多用户将个人数据外包至第三方云服务器存储。虽然数据加密存储可有效保护数据安全和用户隐私,但传统的对称/非对称加密技术会影响数据检索和使用。可搜索加密是一种特殊的加密技术,一经提出便备受关注,在保障数据机密性的同时可提供数据检索功能。目前,国内外学者提出了大量可搜索加密方案,但现有方案都基于国外密码算法设计,尚未见基于国产商用密码算法的可搜索加密方案在国内外刊物上公开发表,不符合我国密码核心技术自主可控的要求。为了丰富国产商用密码算法在可搜索加密方面的研究,满足云存储领域的数据安全检索需求,本文以SM9标识加密算法为基础,构造了一种公钥可搜索加密方案(SM9-PEKS)。在q-ABDHE安全假设和随机谕言模型下,本文首先证明SM9标识加密算法的匿名性,进而证明SM9-PEKS方案的安全性。理论分析和编程实现结果表明,与常用经典的公钥可搜索加密方案相比,本文方案在增加64字节通信代价的情况下,可至少降低31.31%的计算开销。最后,提出了未来可能的研究方向。     

无证书的可搜索加密方案

基于身份的可搜索加密方案（IBEKS）使用身份等信息作为公钥,绑定了公钥和用户（私钥）,省去了CA认证的环节,但是也带来了一些问题,比如密钥托管、密钥撤销等。基于此,首次提出无证书的可搜索方案（CL-PEKS）的抽象定义和构造算法,对算法的一致性进行了验证,并且分析了算法复杂度。同时给出了抵抗第一、二类选择关键词密文攻击（type I、type II IND-CCA2）语义安全的CL-PEKS定义。该方案实现了密文关键词可搜索功能,同时解决了IBEKS中的密钥托管问题。     

移动云存储中基于属性的搜索加密方案研究

针对移动云存储中的密文搜索问题,本文提出了一种基于属性的可搜索加密方案,并在标准模型下对方案的安全性进行了证明。该方案实现了访问结构的隐藏,可保护访问策略中的敏感信息。通过指派搜索服务器,该方案的搜索过程不需要安全信道,可有效地抵抗关键词猜测攻击。方案中的用户密钥、关键词索引以及搜索凭证长度固定,搜索算法仅需两次双线性对运算,性能分析与仿真实验结果表明,该方案能高效的应用于移动云存储环境。