可验证的对称可搜索加密的研究

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云存储因其具有按使用量付费、存储空间大、管理成本低、数据存取便捷等优势,近年来越来越多的用户选择将自己的本地数据存储到云服务器上,从而享受云存储带来的便利来减轻本地存储管理成本和维护负担。云存储的安全性是影响云存储正常、稳定使用的关键因素。由于数据存储在云端,与本地存储系统处于不同的存储域中,用户失去了对数据的直接控制,那么数据就有可能会遭受恶意敌手的攻击窃取。因此为了保护数据安全,用户会把数据进行加密,再上传给云服务器。然而,数据以密文的形式存储,会降低数据的利用率,使得用户在密文上进行搜索变得困难。为了解决这个问题,研究者们便提出了可搜索加密的概念且其已成为云计算安全领域的重要研究方向之一。
  本文主要对云计算中支持搜索结果可验证的对称可搜索加密技术进行研究,提出了三个方案:
  (1)为了在支持排序的关键词搜索场景中实现对搜索结果的可验证,设计了一个
  支持结果排序的可验证对称可搜索加密方案。该方案同时实现了搜索文件排序与搜索结果可验证。利用Merkel哈希树构造了一棵基于二叉树的索引树。利用TF×IDF规则计算每个关键词与包含它的文件之间的相关度分数,根据相关度高低构建一个查找表,实现对搜索结果验证。利用KNN算法来加密索引树中的向量和查询向量。搜索时采用了剪枝策略,使得搜索效率优于亚线性搜索。性能分析的结果表明该方案的高效性。
  (2)基于编辑距离和MAC机制,提出了一个可验证的模糊关键词对称可搜索加
  密方案。采用链表作为索引结构,为每个关键词构建一个包含三个节点的链表。利用编辑距离和通配符技术为每个关键词构建模糊词集,对每个模糊关键词利用MAC来构建标签,来验证搜索结果的正确性。功能分析和性能比较结果显示了该方案是功能完善和高效的。
  (3)考虑到云服务器可能由于某些原因,返回给用户无效的搜索结果,以及为了
  实现用户对数据的实时更新,提出了一个基于对称密码验证的动态数据对称可搜索加密方案。设计了新颖的基于对称密码体制的可累加认证标签AAT,利用其可以抵御碰撞攻击和重放攻击的性质来保证搜索结果的正确性。并且利用它的可累加性与可更新性,实现对数据的高效更新。同时设计了基于十字链表的新型索引结构,提高了搜索效率与更新效率。安全性分析和实验分析显示了方案是安全、高效的。
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