一種云存儲中基于部分授權(quán)的可證明安全數(shù)據(jù)持有性驗(yàn)證方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是屬于云存儲中的數(shù)據(jù)安全技術(shù)領(lǐng)域，更確切的說是基于部分授權(quán)的可證 明安全數(shù)據(jù)持有性驗(yàn)證方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著云存儲的快速發(fā)展，作為云存儲重要組成部分的數(shù)據(jù)外包技術(shù)也得到越來 越多的關(guān)注。數(shù)據(jù)外包是指客戶（即數(shù)據(jù)擁有者）將數(shù)據(jù)存儲到云服務(wù)提供商。相比于傳 統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲方法，數(shù)據(jù)外包具有靈活性高，支持動(dòng)態(tài)存儲，存儲維護(hù)成本低等特點(diǎn)。由于 數(shù)據(jù)外包的遠(yuǎn)端存儲方式，客戶對數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性和可用性有更高的要求。
[0003] 數(shù)據(jù)持有性驗(yàn)證（PDP,Prov油leDataPossession)W及數(shù)據(jù)可恢復(fù)性驗(yàn)證 (P0R,ProofofDataRetriev油ility)是近年來研究較多的數(shù)據(jù)持有性驗(yàn)證技術(shù)。其作用 主要是保證客戶端的數(shù)據(jù)不被惡意毀壞或者刪除。在PDP中，通過使用同態(tài)驗(yàn)證標(biāo)簽，客 戶能夠有效的驗(yàn)證存儲數(shù)據(jù)是否被更改。使用P0R技術(shù)，客戶除了能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證外， 還能在驗(yàn)證失敗時(shí)恢復(fù)全部或部分丟失的數(shù)據(jù)。
[0004] PDP方案的模型中，包含了客戶和服務(wù)器兩方。在PDP方案中，客戶在對存儲在不 可信服務(wù)器上的文件進(jìn)行持有性驗(yàn)證時(shí)，需要對文件進(jìn)行預(yù)處理?？蛻魧⑽募?shù)據(jù)分塊并 為每一個(gè)數(shù)據(jù)塊生成一個(gè)同態(tài)標(biāo)簽?？蛻魧⑽募K與同態(tài)標(biāo)簽存放在服務(wù)器上。在進(jìn)行驗(yàn) 證的時(shí)候，客戶隨機(jī)選取一些數(shù)據(jù)塊，并要求服務(wù)器返回持有該些隨機(jī)選取數(shù)據(jù)塊的證據(jù)。 服務(wù)器根據(jù)被請求的數(shù)據(jù)塊和他們的標(biāo)簽生成證據(jù)發(fā)送給客戶?？蛻敉ㄟ^服務(wù)器發(fā)送的證 據(jù)，驗(yàn)證服務(wù)器是否忠實(shí)的存放了隨機(jī)抽樣的數(shù)據(jù)塊。由于數(shù)據(jù)塊的抽樣是隨機(jī)的，因此服 務(wù)器在丟失了部分?jǐn)?shù)據(jù)塊的情況下，能成功欺騙客戶的概率是極低的。
[0005] PDP方案可W分為兩類：私有驗(yàn)證PDP方案及公開驗(yàn)證PDP方案。在私有驗(yàn)證PDP 方案中，驗(yàn)證者需要提供私密信息如私鑰等才能驗(yàn)證數(shù)據(jù)持有性。相反地，公開驗(yàn)證PDP 方案允許任何人無需私密信息驗(yàn)證數(shù)據(jù)持有性。相對于公開驗(yàn)證PDP方案，私有驗(yàn)證PDP 方案能更好保護(hù)數(shù)據(jù)隱私。
[0006] 在某些情況下，例如客戶在監(jiān)獄或者在海上旅行，客戶本身并不能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行 持有性驗(yàn)證。該時(shí)客戶需要一種能夠委托代理（例如秘書）代替自己進(jìn)行服務(wù)器端數(shù)據(jù) 持有性驗(yàn)證的方法。為了解決該一問題，H.Wang提出了一種代理PDP方案（PPDP，Proxy Prov油leData化ssession)。在此方案中，數(shù)據(jù)擁有者能夠授權(quán)代理對存儲在不可信服務(wù) 器上的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。此方案中，須先由可信授權(quán)機(jī)構(gòu)（TPA，ThirdPartyAuditor) 分配公鑰和私鑰給代理方，之后再由代理利用該對密鑰來驗(yàn)證服務(wù)器的數(shù)據(jù)持有性?？蛻?對代理進(jìn)行授權(quán)必須通過可信第=方授權(quán)機(jī)構(gòu)，客戶對代理的授權(quán)及撤銷缺乏靈活度。在 現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用場景中，需要一種客戶無需依賴可信第=方的授權(quán)機(jī)制。在該種機(jī)制下，客戶能 夠自主的授予代理進(jìn)行數(shù)據(jù)持有性驗(yàn)證的權(quán)限，服務(wù)器能夠驗(yàn)證代理的合法性，代理能夠 高效的驗(yàn)證服務(wù)器端的數(shù)據(jù)持有性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種云存儲中的基于部分授權(quán)的可 證明安全數(shù)據(jù)持有性驗(yàn)證方法。該方法不依賴可信第=方，客戶能夠?qū)Υ磉M(jìn)行靈活授權(quán)， 且該方案為可證明安全，效率與現(xiàn)有的客戶直接執(zhí)行的數(shù)據(jù)持有性驗(yàn)證方案相當(dāng)。
[000引在現(xiàn)有PDP方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出基于部分授權(quán)的可證明安全數(shù)據(jù)持有性驗(yàn) 證方法（PDPDP,Prov油leDataPossessionbyPartialDelegation)。此方法中，客戶將 變形后的私鑰傳遞給代理，W授權(quán)代理進(jìn)行數(shù)據(jù)持有性驗(yàn)證。同時(shí)，客戶能隨時(shí)撤銷所授予 的權(quán)限。本方案屬于私有驗(yàn)證方案，擁有私鑰的客戶W及擁有部分客戶私鑰信息的代理均 能進(jìn)行數(shù)據(jù)持有性驗(yàn)證。利用雙線性對的良好特性，代理方在不知道客戶私鑰的情況下， 憑借變形的客戶私鑰信息進(jìn)行數(shù)據(jù)持有性驗(yàn)證。相比現(xiàn)有的數(shù)據(jù)持有性驗(yàn)證方案，本方案 在應(yīng)用場景及靈活度方面優(yōu)于私有驗(yàn)證，在對數(shù)據(jù)隱私保護(hù)方面優(yōu)于公開驗(yàn)證。本發(fā)明能 夠保證：
[0009] 第一，代理無法獲知關(guān)于客戶密鑰的信息。
[0010] 第二，客戶和代理均可W對服務(wù)器端數(shù)據(jù)持有性進(jìn)行有效的驗(yàn)證。
[0011] 第=，方案在存儲和帶寬方面計(jì)算開銷較小。
[0012] 首先介紹PDPDP方案構(gòu)造中所使用的參數(shù)。K是安全參數(shù)，fk(x)表示輸入為X， k的函數(shù)th，hi,h2為密碼學(xué)雜湊函數(shù)。假設(shè)文件F被分成了n個(gè)塊；(m。m2,Lm。)，其中 巧 是偽隨機(jī)函數(shù)（pseudo-randomfunction)。31 是偽隨機(jī)置換（pseudo-random permutation)。G、Gt均是階為P的循環(huán)乘法群，g是循環(huán)乘法群G的生成元。定義e為GXG 到Gt雙線性映射。W上函數(shù)具體定義如下：
[0013]
【主權(quán)項(xiàng)】
i. 一種云存儲中基于部分授權(quán)的可證明安全數(shù)據(jù)持有性驗(yàn)證方法（簡稱roPDP方 案），其特征包括以下步驟： 1) 系統(tǒng)初始化 首先介紹roPDP方案構(gòu)造中所使用的參數(shù)；K是安全參數(shù)，fk(x)表示輸入為x，k的函數(shù)f，h，hph2為密碼學(xué)雜湊函數(shù)；假設(shè)文件F被分成了n個(gè)塊其中 IniGZq*;;^P是偽隨機(jī)函數(shù)（pseudo-randomfunction) ;JT是偽隨機(jī)置換（pseudo-random permutation) 是階為p的循環(huán)乘法群，g是循環(huán)乘法群G的生成元；定義e為GXG 到Gt雙線性映射；以上函數(shù)具體定義如下：
系統(tǒng)的初始化包括服務(wù)器端，客戶端的密鑰生成，具體步驟為： 密鑰生成KeyGen(Ik):產(chǎn)生服務(wù)器的公鑰和私鑰對（y，Y)，其中ye&是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，Y=gyeG;客戶端選擇一個(gè)隨機(jī)值uGG及一個(gè)隨機(jī)數(shù)XGZp，計(jì)算X=gxGG;客戶的 公鑰為（u,X)，客戶的私鑰為X; 2) 客戶端對文件進(jìn)行分塊處理，并為分塊后的文件生成驗(yàn)證標(biāo)簽，具體步驟包括： a)標(biāo)簽生成TagBlock(x,Y,F,m):給定文件F=Oii1,m2,L,mn)，客戶為文件塊Ini計(jì)算標(biāo) 簽7^ ;計(jì)算步驟如公式5,6所示：t=h2(e(Z,Y)x),Wi=(PM) T1 =(Mivi)li1"y (() 我們用2表示2；的集合，即I>(4,7；2，L，I；b); 客戶將{(&，％XlU 發(fā)送給服務(wù)器； 3) 客戶端基于自己的私鑰生成授權(quán)信息，并將授權(quán)信息傳遞給代理進(jìn)行授權(quán)；代理收 到授權(quán)信息后，驗(yàn)證客戶傳來的授權(quán)信息有效性且在驗(yàn)證通過后接受客戶的授權(quán)，具體步 驟為： a)客戶端生成授權(quán)信息PreProxy(x):客戶產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)k G Zp并且計(jì)算K=gk; 客戶端產(chǎn)生一個(gè)表明代理擁有檢驗(yàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)持有權(quán)限的擔(dān)保以及用用戶私鑰X對擔(dān)保 進(jìn)行簽名SignxOnJ ;擔(dān)保描述了代理代表客戶執(zhí)行驗(yàn)證的限制條件；客戶端最后計(jì)算z= x+kK并將擔(dān)保、對擔(dān)保的簽名signx(mj和部分授權(quán)信息（z，K)發(fā)送給代理； b) 代理驗(yàn)證授權(quán)信息ProxySelfVer(z，K，mu，SignxOnu)):代理收到客戶產(chǎn)生的擔(dān)保 ，檢查其簽名signx(mj的有效性以及檢查自己是否滿足代理的限制條件；代理收到客 戶產(chǎn)生的（z，K)，代理檢查其是否滿足：gz=XKk (7) 如果滿足上述公式，那么證明代理是有效的；然后代理把z作為自己的私鑰，把Z= gzGG作為自己的公鑰； b)服務(wù)器檢查驗(yàn)證標(biāo)簽CheckTag({(I；m?丨)：對i，1彡i彡n，服務(wù)器計(jì)算 ? = /咖(X,Z)〇和疙=砰(/)，并驗(yàn)證等式峨"(,沒)=辦味)《'X)是否成立，成立則服務(wù)器存放 ((7；，)^^?)，客戶在本地刪除((7；,叫)，19_^；?) ;如果不成立，服務(wù)器向客戶端返回出錯(cuò) 信息； 4) 代理向服務(wù)器驗(yàn)證其身份，具體步驟包括： a)代理生成驗(yàn)證信息GenProxyInfo(z，n〇 :代理選擇一個(gè)隨機(jī)數(shù)0GZp，計(jì)算r=g0;對代理的擔(dān)保mu，計(jì)算s= 0HOiiOiiJ-r?z);將（mu, (r,s，K))發(fā)送給服務(wù)器； ?服務(wù)器驗(yàn)證代理￥6沖1'〇"〇^，1'， 8，1(，）：服務(wù)器檢查1^以確認(rèn)代理是否滿足111"描 述的限制條件，同時(shí)服務(wù)器檢查（mu，（r，s，K))是否滿足：
如果符合，服務(wù)器接受代理方并將其作為客戶的代理； 5) 代理在需要驗(yàn)證服務(wù)器端數(shù)據(jù)持有性時(shí)，向服務(wù)器發(fā)起挑戰(zhàn)；服務(wù)器接收挑戰(zhàn)之 后，生成驗(yàn)證證據(jù)發(fā)送給代理；代理驗(yàn)證服務(wù)器提供的持有性證據(jù)；具體步驟包括： a) 代理生成挑戰(zhàn)chal= (c,Ic1,k2)，其中1彡c彡n，Ic1GZp，k2GZp;代理方向服務(wù) 器發(fā)送請求，要求服務(wù)器從總體n個(gè)數(shù)據(jù)塊中隨機(jī)抽取c個(gè)數(shù)據(jù)塊，并生成這c個(gè)數(shù)據(jù)塊的 持有證據(jù)；I^1是偽隨機(jī)序列JT的參數(shù)，k2是偽隨機(jī)函數(shù)f的參數(shù)； b) 服務(wù)器生成證據(jù)GenProof(F，chal，2);服務(wù)器收到請求后，首先對1彡j彡c，計(jì) 算其索引纟二'())和對應(yīng)的系數(shù)1=4(/>;接著計(jì)算^r=DL17?.和/7=!]二w最后服務(wù) 器輸出V= (P，T)，并將V= (P，T)發(fā)送給代理方完成對挑戰(zhàn)的回復(fù)； c) 代理對服務(wù)器進(jìn)行持有性驗(yàn)證CheckProof(X，chal，V):代理方收到服務(wù)器回復(fù)V 后，驗(yàn)證如下等式：
如果相等，則代理可確信服務(wù)器以極大概率誠實(shí)的存放了客戶所有的文件信息。
【專利摘要】提出了一種云存儲中基于部分授權(quán)的可證明安全數(shù)據(jù)持有性驗(yàn)證方法。新方法基于雙線性對及部分授權(quán)技術(shù),支持?jǐn)?shù)據(jù)擁有者直接通過密鑰變形方式委任代理方進(jìn)行數(shù)據(jù)持有性驗(yàn)證。此外，數(shù)據(jù)擁有者可以隨時(shí)撤銷或更換代理方。證明了方案的安全性,并分析得出代理方不能從變形密鑰中獲得數(shù)據(jù)擁有者的密鑰信息。與現(xiàn)有數(shù)據(jù)持有性驗(yàn)證方案相比,新方案在相同安全強(qiáng)度下,具有更小的計(jì)算量和通信量,且應(yīng)用場景更加廣泛。
【IPC分類】H04L9-32, H04L29-08, H04L29-06
【公開號】CN104717217
【申請?zhí)枴緾N201510119003
【發(fā)明人】鐘婷, 趙宇龍, 楊韻碩
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年3月18日