一種基于屬性的加密方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于屬性的加密系統(tǒng)。本發(fā)明的系統(tǒng)包括：系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊，生成系統(tǒng)公開參數(shù)；密鑰生成模塊，用于根據(jù)用戶的屬性集合生成用戶的用于解密消息的私鑰；加密模塊，用于加密消息；解密模塊，用于解密消息；密文檢索模塊，用于檢索密文；重加密密鑰生成模塊，用于生成重加密密鑰并更新密文和私鑰；重加密模塊，用于在原來密文基礎(chǔ)上重新加密消息；重新生成私鑰模塊，用于更新用戶的私鑰。本發(fā)明還公開一種基于屬性的加密方法。采用本發(fā)明可以解決云計(jì)算中隱私保護(hù)問題，且支持屬性撤銷和對密文的安全檢索，系統(tǒng)靈活性高。
【專利說明】-種基于屬性的加密方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于屬性的加密技術(shù)，具體地說是一種可搜索密文、支持屬性撤 銷的、保護(hù)用戶隱私的基于屬性的加密方法，可用于云計(jì)算環(huán)境下細(xì)粒度的訪問控制，屬于 信息安全領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 今天，在計(jì)算機(jī)被廣泛應(yīng)用的信息時(shí)代，由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，加之云計(jì)算的 概念相繼被提出，大量信息W數(shù)字形式存儲在公共云端及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中已成為一種趨勢。 信息的傳輸通過公共信道，而該些系統(tǒng)和公共信道在不設(shè)防備的情況下是很脆弱的，比較 容易受到攻擊和破壞，若信息的失竊不容易被發(fā)現(xiàn)，后果相當(dāng)嚴(yán)重。在云計(jì)算技術(shù)日益發(fā) 展的今天，人們對云計(jì)算數(shù)據(jù)存儲安全性的擔(dān)憂和安全措施的需求會愈加強(qiáng)烈，所W將數(shù) 據(jù)W加密的形式存儲到公共云端是一種必然，沒有解密權(quán)限的游客只能從公共云端截取密 文，而不能得到對應(yīng)的明文。怎么樣保證只有合理權(quán)限的用戶能夠解密密文而不是給出數(shù) 據(jù)擁有者自己的私鑰或者數(shù)據(jù)擁有者一一共享數(shù)據(jù)給那些擁有權(quán)限的解密者呢？
[0003] 2005年基于屬性加密的概念被引入，因其特殊的應(yīng)用意義W及使用場景的廣泛性 正在受到各界越來越多的矚目，該加密系統(tǒng)利用訪問控制結(jié)構(gòu)來控制系統(tǒng)中用戶的解密能 力，并成為了最有效的途徑之一?；趯傩缘募用荏w制（AB巧可W很好地解決上述大數(shù)據(jù) 在云計(jì)算中的問題。在該種加密體制中加密者無須知道解密者的詳細(xì)身份信息，而是掌握 了解密者的一系列的描述屬性，該種描述屬性比詳細(xì)身份信息與用戶的聯(lián)系更加緊密。在 基于屬性的密碼體制中，在加密過程中是用屬性定義訪問規(guī)則，當(dāng)用戶的密鑰與密文在該 個(gè)訪問規(guī)則下相"匹配"時(shí)，解密用戶就可W解密密文。為了更好的表示系統(tǒng)的靈活性，基 于屬性的加密方法被分為兩類，即密鑰策略的基于屬性的加密（KP-AB巧和密文策略的基 于屬性的加密（CP-AB巧。在KP-ABE中，密文被一系列描述性屬性集標(biāo)記，而用戶的密鑰與 授權(quán)中也指定的訪問策略相關(guān)聯(lián)。在CP-ABE中，用戶的密鑰被一系列描述性屬性集標(biāo)記， 而密文與加密者指定的訪問策略相關(guān)聯(lián)。
[0004] CP-A邸機(jī)制比較接近于現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用場景。假設(shè)每個(gè)用戶根據(jù)自身?xiàng)l件或者屬性 從授權(quán)中也處得到密鑰，然后加密者制定對消息的訪問控制，更適合訪問控制類應(yīng)用，如社 交網(wǎng)站的訪問、電子醫(yī)療系統(tǒng)等?；镜腃P-ABE方案包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置（Setup)、密鑰生成 化ey Generation)、加密巧nciTption)和解密值eciTption)四個(gè)模塊。
[0005] 1.系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊（Setup)
[0006] 輸入安全參數(shù)0，返回系統(tǒng)公開參數(shù)params和主密鑰MK。
[0007] 2.密鑰生成模塊化巧Gen)
[0008] 授權(quán)中也運(yùn)行密鑰生成算法為系統(tǒng)內(nèi)用戶生成私鑰。授權(quán)中也輸入主密鑰MK，用 戶的描述性屬性集，計(jì)算出用戶屬性集合相關(guān)的私鑰SK^該里L(fēng)表示與用戶相對應(yīng)的屬性 集。
[0009] 3.加密模塊巧nciTption)
[0010] 輸入系統(tǒng)公開參數(shù)params，消息M，W及訪問策略W，加密者加密得到一個(gè)密文CT。 只有當(dāng)與私鑰相關(guān)聯(lián)的用戶屬性集L滿足訪問策略W的時(shí)候，用戶才能解密密文CT。
[0011] 4.解密模塊值eciTption)
[0012] 接收者輸入他的解密密鑰SK^ W及密文CT，解密得到消息M。只有當(dāng)與私鑰相關(guān) 聯(lián)的用戶屬性集L滿足訪問策略W的時(shí)候，用戶才能解密密文CT。
[0013] 從上述流程可W看出，雖然密文策略的基于屬性的加密體制可W在云端提供安全 的訪問控制，但是訪問策略是和密文一起發(fā)送給接收者的，接收者無論能不能解密都將從 訪問策略中獲得相關(guān)有效信息，任意中間用戶都能通過訪問策略得到潛在接收者的列表的 信息，從而泄露了用戶的隱私，該對一些從事商業(yè)活動或者希望對訪問策略進(jìn)行保護(hù)的加 密者不是件有利的事情。所W構(gòu)造一個(gè)隱藏訪問結(jié)構(gòu)的基于屬性的方案是更具現(xiàn)實(shí)意義 的。
[0014] 從上述的CP-A邸方案的流程還可W看出，授權(quán)中也負(fù)責(zé)分發(fā)私鑰和管理屬性。在 現(xiàn)實(shí)生活中，常會存在系統(tǒng)中新老用戶的更替，用戶等級的經(jīng)常性變更，該就要求系統(tǒng)能靈 活的變更授予用戶的權(quán)限（即屬性）來保證系統(tǒng)的安全性和靈活性。所W構(gòu)造一個(gè)支持屬 性撤銷的CP-ABE方案可W大大提高系統(tǒng)的靈活性。
[0015] 在云環(huán)境中，數(shù)據(jù)是W加密的形式存放在公共云端，用戶需要快速的從兀雜的密 文空間中找到自己需要的密文并進(jìn)行解密，所W構(gòu)造一個(gè)可搜索密文的CP-ABE方案可W 大大降低用戶在云端搜尋的代價(jià)為用戶帶來方便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對前述【背景技術(shù)】中基于屬性加密的缺陷，對現(xiàn)有 的基于屬性的加密方案進(jìn)行研究改進(jìn)，提供一種可搜索密文、部分隱藏訪問結(jié)構(gòu)、支持屬性 撤銷的基于屬性的加密方法，提高系統(tǒng)的靈活性，保證用戶的隱私，降低用戶搜索的負(fù)荷。
[0017] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用W下技術(shù)方案：
[0018] 本發(fā)明提出一種基于屬性的加密方法，包含如下步驟：
[0019] A.根據(jù)輸入的安全參數(shù)，生成用于加密和解密的系統(tǒng)公開參數(shù)params W及授權(quán) 中也的主密鑰MK ;
[0020] B.根據(jù)所述系統(tǒng)公開參數(shù)params W及用戶的屬性集合L，采用密鑰生成算法計(jì)算 出與用戶屬性集合相關(guān)聯(lián)的用戶私鑰SK^
[0021] C.根據(jù)所述系統(tǒng)公開參數(shù)params和選定的訪問策略W，對消息M進(jìn)行加密得到密 文CT，使得當(dāng)用戶提供的與私鑰相關(guān)聯(lián)的屬性集合滿足該訪問策略時(shí)，才能解密該密文；
[0022] D.根據(jù)用戶提交的關(guān)鍵字KW對密文進(jìn)行檢索，檢查用戶私鑰S而與密文的版本 號，如果一致則進(jìn)入步驟H，如果不一致則進(jìn)入步驟E ;
[0023] E.根據(jù)所述系統(tǒng)公開參數(shù)params和主密鑰MK，生成重加密密鑰Ck ;
[0024] F.根據(jù)重加密密鑰Ck對原始密文CT進(jìn)行重加密，得到重加密密文CT^ ;
[002引 G.根據(jù)重加密密鑰Ck和用戶的私鑰用戶的私鑰進(jìn)行更新，得到更新后的 用戶私鑰SIV ;
[0026] H.根據(jù)用戶提供的私鑰W及系統(tǒng)公開參數(shù)，對密文進(jìn)行解密得到原始消息。
[0027] 作為本發(fā)明一種基于屬性的加密方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述步驟A具體包括：
[002引 Al.選取階為P的乘法循環(huán)群G和Gt W及雙線性映射e:GXG - Gt,從G中選擇生 成元g，h ;其中，P為大素?cái)?shù)；
[002引A2.定義兩個(gè)哈希函數(shù)!(川^>Z;;，&:向一 UU}i，其中，Hi是Gt到Z;的 密碼學(xué)哈希函數(shù)，是Gt到{0, 1} 1的密碼學(xué)哈希函數(shù)，{0, 1} 1表示長度為1比特的二進(jìn)制 串的集合，Z;表示集合{1，2,…，P-2, P-1};
[0030] A3.隨機(jī)選擇?€馬，柄,，、.E馬}，選擇隨機(jī)點(diǎn)為{AuGG}， iG [l，n]，jG [l，nj，n表示屬性的個(gè)數(shù)，n;表示屬性值的個(gè)數(shù)；對于兩個(gè)不同的用戶屬性 集L和L'，應(yīng)滿足

【權(quán)利要求】
1. 一種基于屬性的加密方法，其特征在于，包含如下步驟： A. 根據(jù)輸入的安全參數(shù)，生成用于加密和解密的系統(tǒng)公開參數(shù)params以及授權(quán)中心 的主密鑰MK ; B. 根據(jù)所述系統(tǒng)公開參數(shù)params以及用戶的屬性集合L，采用密鑰生成算法計(jì)算出與 用戶屬性集合相關(guān)聯(lián)的用戶私鑰Sl ; C. 根據(jù)所述系統(tǒng)公開參數(shù)params和選定的訪問策略W，對消息M進(jìn)行加密得到密文 CT，使得當(dāng)用戶提供的與私鑰相關(guān)聯(lián)的屬性集合滿足該訪問策略時(shí)，才能解密該密文； D. 根據(jù)用戶提交的關(guān)鍵字KW對密文進(jìn)行檢索，檢查用戶私鑰Sl與密文的版本號，如 果一致則進(jìn)入步驟H，如果不一致則進(jìn)入步驟E ; E. 根據(jù)所述系統(tǒng)公開參數(shù)params和主密鑰MK，生成重加密密鑰ck ; F. 根據(jù)重加密密鑰ck對原始密文CT進(jìn)行重加密，得到重加密密文CT'; G. 根據(jù)重加密密鑰ck和用戶的私鑰SKp對用戶的私鑰進(jìn)行更新，得到更新后的用戶 私鑰SIV ; a根據(jù)用戶提供的私鑰以及系統(tǒng)公開參數(shù)，對密文進(jìn)行解密得到原始消息。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于屬性的加密方法，其特征在于，所述步驟A具體包括： Al.選取階為p的乘法循環(huán)群G和Gt以及雙線性映射e:GXG - Gt，從G中選擇生成元 g，h ;其中，p為大素?cái)?shù)； A2.定義兩個(gè)哈希函數(shù)H2:GT- {0,1}1,其中，$是&到< 的密 碼學(xué)哈希函數(shù)，H2是Gt到{0, 1}1的密碼學(xué)哈希函數(shù)，{0, 1}1表示長度為1比特的二進(jìn)制串 的集合，A表不集合{1，2,…，p-2, p-1}; A3.隨機(jī)選擇，{a,..,.,、eZ^}，選擇隨機(jī)點(diǎn)為{Ai;j G G}, i G [I, n], j G [I, nj, n 表示屬性的個(gè)數(shù)，Iii表示屬性值的個(gè)數(shù)；對于兩個(gè)不同的用戶屬性集L和L'，應(yīng)滿足 表示屬性 i 的第 j 個(gè)值； A4?設(shè)置初始版本號vn = 1，并計(jì)算Y = e (g, h) ' ，</ h 得到系統(tǒng)公開參數(shù)params: (纟,，尤丨,vv7A,，系統(tǒng)主密鑰為MK = (w , {ai； j, bi； j}) 〇
3. 如權(quán)利要求2所述的一種基于屬性的加密方法，其特征在于，所述步驟B具體包括： BI.輸入用戶的屬性集L ; B2?隨機(jī)選取卜為eZ;，并設(shè)置S = ZLa ,計(jì)算D1 = r_s，A2=擴(kuò)(4,/』^， Al3 ，其中L e Li, Li表示用戶的第i個(gè)屬性，并設(shè)置版本號vn = 1 ; B3.得到用戶的私鑰為A =(VADpVv),
4. 如權(quán)利要求3所述的一種基于屬性的加密方法，其特征在于，所述步驟C具體包括： Cl.隨機(jī)選擇3個(gè)大素?cái)?shù)P，Q，R，并計(jì)算N = PXQ，H = PXR，然后將明文消息M進(jìn)行 分組，即 M = IH1Iii2... mk，計(jì)算 CM = C1C2... ck，其中 Ci = (nii+PXlOmodN，k 為組數(shù)； C2?隨機(jī)選取 R' GGT，并計(jì)算 r = Hi(R'，P)，ri = H2(R'); C3.選定一個(gè)訪問策略 W = [W1, W2, . . .，WJ，計(jì)算 Cci = R，? Yr, C1 = gr, C2 = P ? T1 ； C4.設(shè)置有關(guān)屬性密文部分：如果vu e Wi，隨機(jī)選擇心eZ】，計(jì)算密文 {C,PQ2HMt)'(<，，，，如果k ^ C5.加密者設(shè)置版本號vn = 1，加密得到的密文為CT = (vn，ICtl, C1, C2, ICi^1, Cu2}} ,CM) 〇
5. 如權(quán)利要求4所述的一種基于屬性的加密方法，其特征在于，所述步驟D中根據(jù)用戶 提交的關(guān)鍵字KW對密文進(jìn)行檢索，具體包括： Dl?選擇關(guān)鍵字KW用于搜索，隨機(jī)選擇R1, Rt加密關(guān)鍵字，并計(jì)算CW= (KW+PX R1) modN,其中P為解密后獲得的密鑰； D2.提交加密后的關(guān)鍵字在云端進(jìn)行搜索，其操作如下， res = ((CW-Ci) X QX Rt) modN= ((KWii) X QX Rt) modN，若結(jié)果為 0,則搜索成功，解密 者根據(jù)搜索的結(jié)果進(jìn)行篩選。
6. 如權(quán)利要求5所述的一種基于屬性的加密方法，其特征在于，所述步驟E具體包括： EL判斷是否收到屬性撤銷的信息，如果用戶擁有的屬性被撤銷，則隨機(jī)選擇 eZ/，并計(jì)算 cki;1 = ai/ay，cki>2 = bi/bi，』，否則，計(jì)算 cki;1 = 1，cki>2 = 1 ; 已之-設(shè)定重加密密鑰為以^肌乂料以人:丨-）。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種基于屬性的加密方法，其特征在于，所述步驟F具體包括： FL檢查重加密密鑰ck，如果ck尹1，則執(zhí)行步驟F2,如果ck = 1，繼續(xù)檢查重加密密 鑰和密文中的版本號是否一致，如果一致，直接輸出密文CT，如果不一致，則執(zhí)行步驟F2 ; F2.如果vi;j G W，計(jì)算屬性部分重力卩密后的密文 4.a'，^2' ={(4產(chǎn)?，(47f,并更新密文的版本號； F3?得到重加密密文為 CT = CT = (V'" + U !Cn乂-丨,CJC, ,/X,.,2'}
8. 如權(quán)利要求7所述的一種基于屬性的加密方法，其特征在于，所述步驟G具體包括： GL檢查重加密密鑰ck，如果ck尹1，則執(zhí)行步驟G2 ;如果ck = 1，繼續(xù)檢查重加密密 鑰中版本號和用戶私鑰中的版本號是否一致，如果一致，直接輸出私鑰SKy如果不一致，則 執(zhí)行步驟G2 ; G2.如果Vi』G L，設(shè)置《 = X1, v ^ka-Yjv ,呋,2，更新版本號，并計(jì)算 D； = hm-m , Dj = Qis' (Ahj )〇>-AjAl )n,, Di 3' = 'c*u, DiJ = gblA； G3.得到用戶更新后私鑰為沉/=(WRKZ)1',^2',
9. 如權(quán)利要求5所述的一種基于屬性的加密方法，其特征在于，所述步驟H具體包括： Hl.如果未擁有與訪問策略下標(biāo)匹配的屬性，則解密失敗，否則通過下面的步驟恢復(fù)出 明文，計(jì)算： ^=n:x^,,15 a,3)=nM ^ )=^
H2.解密者用加密者選擇的密鑰P計(jì)算HIi = CiHiodP，最后恢復(fù)出消息明文M = In1In2. . . In1O
10. -種基于屬性的加密系統(tǒng)，其特征在于，包括： 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊，用于根據(jù)輸入的安全參數(shù)，生成用于加密和解密的系統(tǒng)公開參數(shù) 和授權(quán)中心的主密鑰； 密鑰生成模塊，用于根據(jù)系統(tǒng)公開參數(shù)以及用戶的屬性集合，采用密鑰生成算法計(jì)算 出與用戶屬性集合相關(guān)聯(lián)的用戶私鑰； 加密模塊，用于根據(jù)系統(tǒng)公開參數(shù)、訪問策略，對原始消息進(jìn)行加密得到一個(gè)密文，使 得當(dāng)用戶提供的與私鑰相關(guān)聯(lián)的屬性集合滿足該訪問策略時(shí)，才能解密密文； 密文檢索模塊，用于根據(jù)用戶提交的關(guān)鍵字對密文進(jìn)行檢索，檢查用戶私鑰與密文的 版本號，如果不一致則觸發(fā)重加密密鑰生成模塊； 重加密密鑰生成模塊，用于根據(jù)所述系統(tǒng)公開參數(shù)和主密鑰，生成重加密密鑰； 重加密模塊，用于根據(jù)重加密密鑰對原始密文進(jìn)行重加密，得到重加密密文； 重新生成私鑰模塊，用于根據(jù)重加密密鑰和用戶的私鑰，對用戶的私鑰進(jìn)行更新，得到 更新后的用戶私鑰； 解密模塊，用于根據(jù)用戶提供的私鑰以及系統(tǒng)公開參數(shù)，對密文進(jìn)行解密得到原始消 肩、。
【文檔編號】H04L29/06GK104363215SQ201410612226
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】李繼國, 石岳蓉, 陸陽, 張亦辰, 王瑤, 李磊, 沙鳳杰, 姚偉, 林嘯南, 張全領(lǐng), 汪海萍, 趙晶晶, 郭俊, 趙雪霞 申請人:河海大學(xué)