本發(fā)明涉及加解密領(lǐng)域，具體地說是一種多授權(quán)屬性加解密方法。

背景技術(shù)：

作為一種新型的密碼體制算法，基于屬性的加密方法在云存儲技術(shù)、社交網(wǎng)絡(luò)、在線點(diǎn)播等領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注與應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)的加密算法來說，基于屬性的加密算法不僅實(shí)現(xiàn)了細(xì)粒度的訪問控制，還可以制定更加靈活的訪問控制策略。

基于屬性的加密算法(attributebasedencryption，abe)，它將用戶的一系列身份信息看作是數(shù)據(jù)加解密的輸入，只有滿足數(shù)據(jù)擁有者所制定的訪問控制策略的用戶才可以獲得數(shù)據(jù)信息，從而解決了以往加密算法無法實(shí)現(xiàn)一對多通信的難題，同時數(shù)據(jù)擁有者還可以針對數(shù)據(jù)接受者的一系列身份信息(用戶屬性)制定靈活的授權(quán)策略，因此基于屬性的加密算法得到了廣泛的關(guān)注。

之前所提出的abe方案大多是單一授權(quán)結(jié)構(gòu)的，但由于網(wǎng)絡(luò)通信量的快速增長，單一授權(quán)機(jī)構(gòu)的工作效率漸漸難以滿足用戶的需求；同時，在多屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)方案中中央授權(quán)機(jī)構(gòu)(centralauthority，ca)往往掌握全局的主密鑰(masterkey，mk)，一旦ca受到攻擊，全局的mk將遭到泄露從而導(dǎo)致系統(tǒng)的不安全。針對以上問題，有學(xué)者提出了一種去中心的多授權(quán)機(jī)構(gòu)abe方案，在該方案中，存在多個ca和多個屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)(attributeauthorities，aa)，在實(shí)現(xiàn)授權(quán)時由多個ca合作授權(quán)用戶身份密鑰；但該方案中隱藏了密文中的授權(quán)訪問結(jié)構(gòu)，所以必須將所有屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)所包含的屬性全部參與計(jì)算，雖然保證了密文的長度恒定，但卻對大規(guī)模屬性系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)困難。在大規(guī)模屬性加密系統(tǒng)中，用戶所指定的訪問策略所包含的屬性規(guī)模往往遠(yuǎn)小于系統(tǒng)提供的屬性規(guī)模，這里稱之為“訪問結(jié)構(gòu)稀疏”或是“smallandgates”。

所以針對上述問題，本發(fā)明提出了一種新型的多授權(quán)屬性加解密方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種多授權(quán)屬性加解密方法，解決在大型屬性加密系統(tǒng)中訪問結(jié)構(gòu)稀疏所帶來的加解密運(yùn)算消耗大，存儲空間占用率高的問題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種多授權(quán)屬性加解密方法，包括以下步驟：

步驟一、系統(tǒng)初始化：包括層級屬性機(jī)構(gòu)屬性訪問樹γ的構(gòu)建、系統(tǒng)參數(shù)生成、中央授權(quán)機(jī)構(gòu)初始化和屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)初始化四個方面；

(1)系統(tǒng)參數(shù)生成：在系統(tǒng)內(nèi)輸入一個安全參數(shù)1^λ，系統(tǒng)調(diào)用群生成算法生成兩個階為素?cái)?shù)p的乘法循環(huán)群g和gt，群g的生成元為g，存在雙線性映射e:g×g→gt，同時，選取一個存在性不可偽造的簽名算法σsign＝(kengen,sign,verify)，輸出全局公開參數(shù)δ＝(e,g,g,gt,p，σsign)；

(2)層級屬性訪問樹γ的構(gòu)建：每一個屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)將域內(nèi)屬性進(jìn)行編碼，使每一個屬性都有自己的索引indexi，然后建立一個平衡二叉樹，該平衡二叉樹的非葉結(jié)點(diǎn)t[i...j]中，開始的序號為該非葉結(jié)點(diǎn)下對應(yīng)的最左端葉節(jié)點(diǎn)的索引值，結(jié)束的序號為該非葉結(jié)點(diǎn)最右端葉節(jié)點(diǎn)所對應(yīng)的屬性值，在非偶數(shù)個屬性出現(xiàn)時，二叉樹的最右端將補(bǔ)充一個表達(dá)值恒為的空屬性，保持屬性樹中所有非葉子結(jié)點(diǎn)的平衡；對于特定屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)aak所建立的屬性訪問樹定義為γk，k表示特定屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)aak的索引；

(3)中央授權(quán)機(jī)構(gòu)初始化：存在若干個中央授權(quán)機(jī)構(gòu)ca，ca＝{ca1,ca2,...,cal}，l表示ca的個數(shù)，每個中央授權(quán)機(jī)構(gòu)獨(dú)立運(yùn)行初始化算法，隨機(jī)選擇yd，yd為cad的主密鑰，存在令y＝e(g,g)^y，其中y為公開加密參數(shù)，調(diào)用簽名算法得到驗(yàn)證簽名密鑰verifykeyd，cad的簽名算法公私鑰對capvd，verifykeyd＝μd，capvd＝(signkeyd,μd)；

(4)屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)初始化：存在若干個屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)aa，aa＝{aa1,aa2,...,aat}，t表示aa的個數(shù)，aa負(fù)責(zé)向用戶提供用戶的屬性相關(guān)密鑰，每一個aaj都負(fù)責(zé)管理一個屬性域uj，與任意的aai都有這使得每個屬性僅屬于一個aa管理，每個aa所管理的屬性是互不沖突的。對于全局屬性集全局屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)隨機(jī)選取其中m為全局屬性域所包含的屬性個數(shù)；同時，對于某個特定的屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)aak當(dāng)中的非葉結(jié)點(diǎn)x＝[i...j]將隨機(jī)選取并存在得出屬性公開參數(shù)∪zk,i、屬性隱含參數(shù)∪zk,i以及aak所對應(yīng)的公開隨機(jī)參數(shù)rk，其中∪zk,i＝zk,1,...,zk,3n，∪zk,i＝zk,1,...,zk,3n，存在其中k＝(1,2,...,t)為屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)索引；

步驟二、數(shù)據(jù)加密：將欲加密的明文數(shù)據(jù)m、全局公開參數(shù)δ和用戶指定的訪問策略w作為輸入，遍歷屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)建立的屬性訪問樹γ進(jìn)行加密算法，得到加密數(shù)據(jù)ct；

步驟三、密鑰分發(fā)，包括用戶身份密鑰分發(fā)和用戶屬性密鑰分發(fā)：

用戶身份密鑰分發(fā)：用戶向中央授權(quán)機(jī)構(gòu)cad提供一個唯一身份標(biāo)識gid，cad將屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)aa生成的參數(shù)r和用戶的唯一身份標(biāo)識信息gid作為輸入，輸出身份密鑰skca和屬性密鑰生成參數(shù)ξ；

用戶屬性密鑰分發(fā)：用戶向?qū)傩允跈?quán)機(jī)構(gòu)aak申請屬性密鑰，屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)aak驗(yàn)證用戶提供的身份信息是否正確，如果正確，屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)aak將rk和∪zk,i作為輸入，為用戶輸出一組屬性密鑰skaa，如果不正確將終止屬性密鑰的分發(fā)；

步驟四、解密密文：授權(quán)用戶將系統(tǒng)提供的用戶屬性密鑰skaa、用戶身份密鑰skca和加密密文ct作為輸入，系統(tǒng)根據(jù)用戶所提供的信息運(yùn)行解密算法；如果用戶符合訪問策略輸出數(shù)據(jù)m，否則解密失敗終止系統(tǒng)。

本發(fā)明所述步驟二中對明文數(shù)據(jù)m加密的具體方法為：

給定明文數(shù)據(jù)m，為其選定一個首次加密隨機(jī)參數(shù)得到加密的明文c＝m·y^s和c′＝g^s，用戶設(shè)置一個訪問控制策略其中為全局屬性集合，給定一個訪問控制結(jié)構(gòu)遍歷平衡二叉樹γ進(jìn)行加密：

(1)若attk,i和attk,i+1為兩個葉子節(jié)點(diǎn)，對應(yīng)的屬性值為i和i+1，對于每個或都存在如下關(guān)系：如果i＝+i，則有如果則有如果則有并將以上結(jié)果包含于密文當(dāng)中；如果則返回0；

(2)attk,i和attk,i+1為兩個非葉子節(jié)點(diǎn)，規(guī)則如下：

如果兩個非葉結(jié)點(diǎn)attk,i和attk,i+1都返回1，則返回1；

如果兩個非葉結(jié)點(diǎn)attk,i和attk,i+1都返回0，則返回0；

如果兩個非葉結(jié)點(diǎn)attk,i和attk,i+1中，attk,i返回0而另attk,i+1返回1，則定義并將與所對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)信息寫入密文當(dāng)中，返回1；

最后得出加密密文ct，

本發(fā)明所述步驟三中用戶身份密鑰分發(fā)的方法為：系統(tǒng)為用戶隨機(jī)選取使其與用戶一一對應(yīng)，可得d^*＝g^y-r，θ＝1/ogid，最后得到ca的身份密鑰skca，skca＝(d,d^*,θ)，運(yùn)行簽名算法，對(signkey,gid)進(jìn)行簽名得到用戶的簽名驗(yàn)證參數(shù)從而得到用戶屬性密鑰生成參數(shù)ξ，ξ只能用于aa生成屬性密鑰。

本發(fā)明所述步驟三中用戶屬性密鑰分發(fā)的方法為：

當(dāng)接收到屬性授權(quán)請求時，aak利用ud對ξ中的簽名驗(yàn)證信息進(jìn)行驗(yàn)證，如果驗(yàn)證失敗則授權(quán)終止；

令為隨機(jī)參數(shù)且rgid,k,x＝σrgid,k,i，其中i為x的子節(jié)點(diǎn)，令用戶的屬性集合為存在屬性當(dāng)且僅當(dāng)可得i＝+i；當(dāng)可得i＝-i；當(dāng)屬性且令該屬性密鑰為當(dāng)屬性時，令該屬性密鑰為當(dāng)時，令該屬性密鑰為對于非葉子節(jié)點(diǎn)x存在最后可得到屬性私鑰skaa，

本發(fā)明所述步驟四中解密密文的方法為：將加密密文用戶屬性密鑰和用戶身份密鑰skca＝(d,d^*)作為輸入，從加密密文ct中提取訪問控制結(jié)構(gòu)將用戶屬性集合與訪問控制結(jié)構(gòu)w做判斷，如果不滿足w則終止解密過程，否則對所有屬性進(jìn)行如下解密過程：

如果節(jié)點(diǎn)x為葉子節(jié)點(diǎn)：

(1)如果屬性且屬性設(shè)置為則

(2)如果屬性且屬性設(shè)置為則

(3)如果屬性i設(shè)置為don'tcare，則

如果節(jié)點(diǎn)x為非葉子節(jié)點(diǎn)，則

將上述結(jié)果帶入下式進(jìn)行計(jì)算：

由此得到：明文m為

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明解決了大型屬性加密系統(tǒng)中訪問結(jié)構(gòu)稀疏所帶來的加解密運(yùn)算消耗大，存儲空間占用率高的問題，彌補(bǔ)了其他方案在這一方面的不足；同時在本發(fā)明中不僅解決了計(jì)算效率和數(shù)據(jù)存儲利用率的問題，還具有抗共謀攻擊和選擇明文攻擊的安全性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明內(nèi)容流程示意圖。

具體實(shí)施方式

一種多授權(quán)屬性加解密方法，包括以下步驟：

步驟一、系統(tǒng)初始化：包括層級屬性機(jī)構(gòu)屬性訪問樹γ的構(gòu)建、系統(tǒng)參數(shù)生成、中央授權(quán)機(jī)構(gòu)初始化和屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)初始化四個方面；

(1)系統(tǒng)參數(shù)生成：在系統(tǒng)內(nèi)輸入一個安全參數(shù)1^λ，系統(tǒng)調(diào)用群生成算法生成兩個階為素?cái)?shù)p的乘法循環(huán)群g和gt，群g的生成元為g，存在雙線性映射e:g×g→gt，同時，選取一個存在性不可偽造的簽名算法σsign＝(kengen,sign,verify)，輸出全局公開參數(shù)δ＝(e,g,g,gt,p，σsign)；

(2)層級屬性訪問樹γ的構(gòu)建：每一個屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)將域內(nèi)屬性進(jìn)行編碼，使每一個屬性都有自己的索引indexi，然后建立一個平衡二叉樹，該平衡二叉樹的非葉結(jié)點(diǎn)t[i...j]中，開始的序號為該非葉結(jié)點(diǎn)下對應(yīng)的最左端葉節(jié)點(diǎn)的索引值，結(jié)束的序號為該非葉結(jié)點(diǎn)最右端葉節(jié)點(diǎn)所對應(yīng)的屬性值，在非偶數(shù)個屬性出現(xiàn)時，二叉樹的最右端將補(bǔ)充一個表達(dá)值恒為i的空屬性，保持屬性樹中所有非葉子結(jié)點(diǎn)的平衡；對于特定屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)aak所建立的屬性訪問樹定義為γk，k表示特定屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)aak的索引；

(3)中央授權(quán)機(jī)構(gòu)初始化：存在若干個中央授權(quán)機(jī)構(gòu)ca，ca＝{ca1,ca2,...,cal}，l表示ca的個數(shù)，每個中央授權(quán)機(jī)構(gòu)獨(dú)立運(yùn)行初始化算法，隨機(jī)選擇yd，yd為cad的主密鑰，存在令y＝e(g,g)^y，其中y為公開加密參數(shù)，調(diào)用簽名算法得到驗(yàn)證簽名密鑰verifykeyd，cad的簽名算法公私鑰對capvd，verifykeyd＝μd，capvd＝(signkeyd,μd)；

(4)屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)初始化：存在若干個屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)aa，aa＝{aa1,aa2,...,aat}，t表示aa的個數(shù)，aa負(fù)責(zé)向用戶提供用戶的屬性相關(guān)密鑰，每一個aaj都負(fù)責(zé)管理一個屬性域uj，都與任意的aai都有這使得每個屬性僅屬于一個aa管理，每個aa所管理的屬性是互不沖突的。對于全局屬性集全局屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)隨機(jī)選取其中m為全局屬性域所包含的屬性個數(shù)；同時，對于某個特定的屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)aak當(dāng)中的非葉結(jié)點(diǎn)x＝[i...j]將隨機(jī)選取并存在得出屬性公開參數(shù)∪zk,i、屬性隱含參數(shù)∪zk,i以及aak所對應(yīng)的公開隨機(jī)參數(shù)rk，其中∪zk,i＝zk,1,...,zk,3n，∪zk,i＝zk,1,...,zk,3n，存在其中k＝(1,2,...,t)為屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)索引；

步驟二、數(shù)據(jù)加密：將欲加密的明文數(shù)據(jù)m、全局公開參數(shù)δ和用戶指定的訪問策略w作為輸入，遍歷屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)建立的屬性訪問樹γ進(jìn)行加密算法，得到加密數(shù)據(jù)ct；

步驟三、密鑰分發(fā)，包括用戶身份密鑰分發(fā)和用戶屬性密鑰分發(fā)：

用戶身份密鑰分發(fā)：用戶向中央授權(quán)機(jī)構(gòu)cad提供一個唯一身份標(biāo)識gid，cad將屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)aa生成的參數(shù)r和用戶的唯一身份標(biāo)識信息gid作為輸入，輸出身份密鑰skca和屬性密鑰生成參數(shù)ξ；

用戶屬性密鑰分發(fā)：用戶向?qū)傩允跈?quán)機(jī)構(gòu)aak申請屬性密鑰，屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)aak驗(yàn)證用戶提供的身份信息是否正確，如果正確，屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)aak將rk和∪zk,i作為輸入，為用戶輸出一組屬性密鑰skaa，如果不正確將終止屬性密鑰的分發(fā)；

步驟四、解密密文：授權(quán)用戶將系統(tǒng)提供的用戶屬性密鑰skaa、用戶身份密鑰skca和加密密文ct作為輸入，系統(tǒng)根據(jù)用戶所提供的信息運(yùn)行解密算法；如果用戶符合訪問策略輸出數(shù)據(jù)m，否則解密失敗終止系統(tǒng)。

進(jìn)一步，所述步驟二中對明文數(shù)據(jù)m加密的具體方法為：

給定明文數(shù)據(jù)m，為其選定一個首次加密隨機(jī)參數(shù)得到加密的明文c＝m·y^s和c′＝g^s，用戶設(shè)置一個訪問控制策略其中為全局屬性集合，給定一個訪問控制結(jié)構(gòu)遍歷平衡二叉樹γ進(jìn)行加密：

(1)若attk,i和attk,i+1為兩個葉子節(jié)點(diǎn)，對應(yīng)的屬性值為i和i+1，對于每個或都存在如下關(guān)系：如果i＝+i，則有如果i＝-i，則有如果則有并將以上結(jié)果包含于密文當(dāng)中；如果則返回0；

(2)attk,i和attk,i+1為兩個非葉子節(jié)點(diǎn)，規(guī)則如下：

如果兩個非葉結(jié)點(diǎn)attk,i和attk,i+1都返回1，則返回1；

如果兩個非葉結(jié)點(diǎn)attk,i和attk,i+1都返回0，則返回0；

如果兩個非葉結(jié)點(diǎn)attk,i和attk,i+1中，attk,i返回0而另attk,i+1返回1，則定義并將與所對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)信息寫入密文當(dāng)中，返回1；

最后得出加密密文ct，

進(jìn)一步，所述步驟三中用戶身份密鑰分發(fā)的方法為：系統(tǒng)為用戶隨機(jī)選取使其與用戶一一對應(yīng)，可得d^*＝g^y-r，θ＝1/ogid，最后得到ca的身份密鑰skca，skca＝(d,d^*,θ)，運(yùn)行簽名算法，對(signkey,gid)進(jìn)行簽名得到用戶的簽名驗(yàn)證參數(shù)從而得到用戶屬性密鑰生成參數(shù)ξ，ξ只能用于aa生成屬性密鑰。

進(jìn)一步，所述步驟三中用戶屬性密鑰分發(fā)的方法為：

當(dāng)接收到屬性授權(quán)請求時，aak利用ud對ξ中的簽名驗(yàn)證信息進(jìn)行驗(yàn)證，如果驗(yàn)證失敗則授權(quán)終止；

令為隨機(jī)參數(shù)且rgid,k,x＝σrgid,k,i，其中i為x的子節(jié)點(diǎn)，令用戶的屬性集合為存在屬性當(dāng)且僅當(dāng)可得i＝+i；當(dāng)可得i＝-i；當(dāng)屬性且令該屬性密鑰為當(dāng)屬性時，令該屬性密鑰為當(dāng)時，令該屬性密鑰為對于非葉子節(jié)點(diǎn)x存在最后可得到屬性私鑰skaa，

進(jìn)一步，所述步驟四中解密密文的方法為：將加密密文用戶屬性密鑰和用戶身份密鑰skca＝(d,d^*)作為輸入，從加密密文ct中提取訪問控制結(jié)構(gòu)將用戶屬性集合與訪問控制結(jié)構(gòu)w做判斷，如果不滿足w則終止解密過程，否則對所有屬性進(jìn)行如下解密過程：

如果節(jié)點(diǎn)x為葉子節(jié)點(diǎn)：

(1)如果屬性且屬性設(shè)置為i＝+i，則

(2)如果屬性且屬性設(shè)置為i＝-i，則

(4)如果屬性i設(shè)置為don'tcare，則

如果節(jié)點(diǎn)x為非葉子節(jié)點(diǎn)，則

將上述結(jié)果帶入下式進(jìn)行計(jì)算：

由此得到：明文m為