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基于云存储的数据安全共享关键技术研究

【摘要】:云存储是一种新兴的网络应用模式,它将大量计算资源和存储资源连接在一起形成巨大的共享虚拟池,为用户提供按需使用的数据存储服务,能够有效地解决数据爆发式增长带来的IT资源需求扩张问题。由于云存储架构开放性与资源共享性,数据属主失去了对存储数据的控制,需要依赖于云存储服务商进行共享数据的安全管控,从而导致用户隐私数据泄漏事件频发,安全问题已成为制约云存储发展的重要因素。本文针对云存储环境中数据安全共享关键问题,提出了密钥分发、混合加密和密钥动态更新三类算法,并基于上述算法提出了云存储环境下的数据安全共享模型,用以解决云存储环境下的信任依赖、用户串谋攻击以及数据动态安全性问题,保护隐私数据在存储和共享过程中的安全。本文的研究和创新工作如下所述:第一,针对云存储环境下的信任依赖问题,提出了无可信中心的属性密钥分发算法。密钥分发算法基于信任分散的思想将密钥的生成和分发分散给多个密钥管理中心和云存储服务商,降低了用户对云存储服务商的信任依赖,保护了密钥在分发过程中的安全性。安全分析和实验结果表明,密钥分发算法解决了云存储环境下的信任依赖问题,并且用户属性分发算法的时间消耗较同类算法降低了约34%。第二,针对密文策略-属性加密算法(CP-ABE)中的用户串谋攻击以及属性撤销带来的密文更新问题,提出了一种混合加密算法。该算法使用CP-ABE以及对称参数完成数据的加密,在保护数据机密性的同时抵抗来自非授权用户的串谋攻击。当属性撤销时,仅需更新加密数据中的对称参数和属性密钥部分,降低了密文的更新复杂性。安全分析和实验结果表明,混合加密算法能够抵抗选择明文攻击和用户串谋攻击,并且加密时间开销较同类算法降低了40%。第三,针对属性加密算法中属性撤销带来的密钥更新问题,提出了一种基于LKH++的属性密钥更新算法ALKH(Attribute LKH)。ALKH使用组播通信和LKH++算法完成用户属性密钥更新,保证属性、密钥管理中心撤销后,持有撤销属性的非授权用户无法进行数据的合法访问。ALKH对LKH++树的建立方式以及组播密钥持有方式进行改进,降低密钥更新的计算、存储和通信消耗。安全分析与实验结果表明,ALKH能够保护加密数据的动态安全性,并且算法复杂性从O(2n)降至O(log2 n)。第四,针对云存储环境下的数据安全共享问题,基于密钥分发、混合加密以及属性密钥更新算法提出了一种数据安全共享模型,保护用户共享数据在云存储环境中安全。数据安全共享模型使用无可信中心密钥分发算法完成密钥的产生和分发,减轻云存储环境下的信任依赖问题。数据属主使用混合加密技术对共享数据进行加密,在保护数据机密性的同时完成了用户的身份认证和访问控制。数据安全共享模型使用属性密钥更新算法,保护共享数据的后向安全性。实验结果表明,用户在数据安全共享模型中仅承担5%的资源消耗,而其他95%的资源消耗则由云存储服务商和密钥管理中心承担,提高了系统的可用性。

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