一種可搜索的公鑰加密方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)加密技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種加密方法，尤其是一種基于云計(jì)算環(huán)境 的可搜索的公鑰加密方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在云計(jì)算中，用戶希望將自己的數(shù)據(jù)保存在云服務(wù)器上，從而實(shí)現(xiàn)自己的數(shù)據(jù)被 不同的用戶進(jìn)行共享的目的，這樣以來用戶就可以不用為繁雜的存儲(chǔ)管理問題所累。而且 云存儲(chǔ)給用戶提供了許多前所未有的便利性，比如存儲(chǔ)的不受地域限制，無線的存儲(chǔ)能力 的獲取，以及安全風(fēng)險(xiǎn)的轉(zhuǎn)移等。然而，出于經(jīng)濟(jì)利益或者政治因素，云服務(wù)的服務(wù)提供商 對(duì)用戶的數(shù)據(jù)是非常感興趣的，因此他們很可能存在偷窺用戶隱私的嫌疑。面對(duì)這些不被 信任的云服務(wù)提供商，用戶更希望在將自己的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云服務(wù)器上之前，先對(duì)其進(jìn)行加 密處理，然后再將加密后的密文數(shù)據(jù)外包給云服務(wù)器。對(duì)數(shù)據(jù)的加密可以在一定程度上解 決數(shù)據(jù)的隱私問題，但是卻給用戶數(shù)據(jù)的操作帶來了很多不便利，使得對(duì)用戶數(shù)據(jù)的操作 變得更加復(fù)雜。在諸多對(duì)于用戶數(shù)據(jù)的操作中，一個(gè)非常普遍的操作是使用相應(yīng)的關(guān)鍵字 檢索出相應(yīng)的用戶文件，在這樣一種操作中，可搜索的加密扮演了一個(gè)非常重要的角色。
[0003] 第一個(gè)實(shí)用的可搜索加密方案是有Song等人提出來的，在他們的方案中數(shù)據(jù)擁 有者將自己的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，然后再將加密后的文件存儲(chǔ)在一個(gè)服務(wù)器上，這個(gè)服務(wù)器是 不能完全被信任的。當(dāng)數(shù)據(jù)擁有者想要找出一個(gè)包含有某個(gè)指定關(guān)鍵字的文件的時(shí)候，他 先將這個(gè)關(guān)鍵字進(jìn)行加密，然后再將密文發(fā)送給服務(wù)器，這樣以來服務(wù)器就不知道數(shù)據(jù)的 擁有者想要搜索的是什么關(guān)鍵字了，服務(wù)器再將這個(gè)加密后的關(guān)鍵字和整個(gè)文件中的所有 單詞進(jìn)行比較，最終找出相應(yīng)的文件并且返回給數(shù)據(jù)擁有者。Song等人解決了對(duì)密文數(shù)據(jù) 的搜索問題，但是他們的方案中指存在一個(gè)用戶，這個(gè)用戶發(fā)布關(guān)鍵字詢問，并且從服務(wù)器 處接收檢索出來的文件。所以這個(gè)用戶即是數(shù)據(jù)的擁有者，又是文件的接收者。Song的方 案是在對(duì)稱密鑰加密的的環(huán)境下完成的。
[0004] 第一個(gè)公鑰環(huán)境下的可搜索加密方案是由Boneh等人在2004年提出來的。在 Boneh的方案是以一種郵件的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)形式進(jìn)行描述的，多個(gè)發(fā)送者給同一個(gè)接收者發(fā)送 郵件，這些郵件被一個(gè)被稱為郵件路由的服務(wù)器通過存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方式發(fā)送給同一個(gè)接收 者。所有有機(jī)愛你的內(nèi)容都是使用郵件接收者的公鑰進(jìn)行加密的，使用的加密方案是普通 的公鑰加密方案。對(duì)于每一個(gè)發(fā)送給接收者的郵件，郵件的發(fā)送者都要選取若干個(gè)關(guān)鍵字， 并且使用可搜索的公鑰加密方案（PEKS，Publickeyencryptionwithkeywordsearch) 對(duì)這些關(guān)鍵字進(jìn)行加密。當(dāng)接收者想要檢索一個(gè)包含有某個(gè)關(guān)鍵字的郵件的時(shí)候，接收者 首先針對(duì)這個(gè)關(guān)鍵字生成一個(gè)陷門，然后將這個(gè)陷門發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器將是有這個(gè)陷 門在存儲(chǔ)的關(guān)鍵字密文當(dāng)中進(jìn)行搜索，找出相應(yīng)的關(guān)鍵字并且將關(guān)鍵字所在的文件返回給 接收者。通過這種方式，服務(wù)器即能將包含有某個(gè)特定的關(guān)鍵字的郵件返回給接收者，接收 者又可以保證服務(wù)器不知道自己想要搜索的關(guān)鍵字的內(nèi)容是什么。這樣就從一定程度上保 護(hù)了接收者的郵件內(nèi)容的隱私。我們將Boneh等人的這個(gè)場(chǎng)景看做是多個(gè)數(shù)據(jù)擁有者（即 多個(gè)郵件發(fā)送者）和單個(gè)數(shù)據(jù)接收者（即郵件的接收者）的場(chǎng)景。擁有者將加密后的文件 和相應(yīng)的關(guān)鍵字密文保存在服務(wù)器上，接收者提出關(guān)鍵字的搜索請(qǐng)求，并且接受服務(wù)器搜 索到的文件。
[0005] 在Song和Boneh等人的工作的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了具有不同功能的可搜索加密的方 案。Colle等人首次提出了支持連接關(guān)鍵字的搜索。Boneh等人實(shí)現(xiàn)了密文上的連接搜索， 子集搜索，以及范圍搜索。Moataz等人實(shí)現(xiàn)了密文上的諸如合取、析取、求返等布爾操作。 Li等人首次提出了密文上的模糊的關(guān)鍵字搜索，他們的方案支持用戶在發(fā)出搜索請(qǐng)求時(shí)候 的關(guān)鍵字的拼寫錯(cuò)誤等。Wang等人根據(jù)被檢索的關(guān)鍵字和返回的文件之間的關(guān)系的緊密程 度實(shí)現(xiàn)了對(duì)搜索結(jié)果的排序。Rhee等人首次從語(yǔ)義安全的角度形式化了關(guān)鍵字陷門的安 全。所有這些工作都是從擴(kuò)展可搜索加密的功能方面展開的。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，不同的 應(yīng)用場(chǎng)景下的相關(guān)研宄也是非常重要的，我們現(xiàn)在就給出以下的假設(shè)。
[0006] 在云計(jì)算環(huán)境下的文件共享系統(tǒng)中，一個(gè)文件的擁有者想要將自己的文件和n個(gè) 文件的接收者進(jìn)行共享，這n個(gè)接收者是指定好的。數(shù)據(jù)擁有者為了自己文件的安全，首先 對(duì)文件進(jìn)行加密，然后再將加密后的文件保存在云服務(wù)器上。如果擁有者使用了一個(gè)傳統(tǒng) 的可搜索加密，那么對(duì)于這n個(gè)接收者來說，他得生成n分不同的關(guān)于關(guān)鍵字的加密。這無 形中浪費(fèi)了大量的云存儲(chǔ)空間，而且會(huì)消耗大量的通信資源。在按照需要付錢的云計(jì)算環(huán) 境中，這樣一種浪費(fèi)或者說是資源的消耗是沒有辦法被接受的。因此，我們希望能夠有支持 多個(gè)接收者的可搜索加密方案，希望在這樣一種方案中，在跟多個(gè)接收者進(jìn)行文件共享的 時(shí)候只需要保存一份加密的文件。
[0007] Curtmola等人首次給出了多用戶的可搜索加密方案的定義，不過是在對(duì)稱密鑰加 密的環(huán)境下給出的。在他們的方案中，任意的用戶組都可以對(duì)共享的文件進(jìn)行搜索，并不 僅僅只是數(shù)據(jù)擁有者自己。Bao等人引入了一個(gè)可信的第三方，這個(gè)第三方并非服務(wù)器，通 過這個(gè)可信第三方來為所歐普的用戶生成數(shù)據(jù)加密的密鑰，以及生成加密關(guān)鍵字詢問的密 鑰。然而，讓一個(gè)第三方來為所有的用戶生成數(shù)據(jù)加密的密鑰這樣做安全嗎？而且，在他們 的方案中，用戶需要和服務(wù)器以及第三方進(jìn)行多輪的交互。Zhao等人提出了一個(gè)新概念，基 于細(xì)粒度訪問控制的關(guān)鍵字搜索，是專門為多用戶的可搜索加密設(shè)計(jì)的。在他們的方案中， 通過只要求服務(wù)器在在那些用戶可以解密的文件中去搜索，從而減少了服務(wù)器的計(jì)算量。 這種提高服務(wù)器計(jì)算效率的方法在某些場(chǎng)景中確實(shí)是合理的。然而，如果服務(wù)器上存在一 些文件，是用戶需要的，但是用戶卻沒有辦法對(duì)文件進(jìn)行解密，那么會(huì)發(fā)生什么事情呢？如 果實(shí)用Zhao的方案，所有的這些用戶所需要的文件肯定不會(huì)被返回給用戶，這卻是不合情 理的。盡管用戶無法解密這些文件，但是用戶可以從相應(yīng)的數(shù)據(jù)擁有者手里買回這些加密 文件對(duì)應(yīng)的明文信息，只要用戶確實(shí)需要這個(gè)文件。所以，關(guān)鍵的問題不是用戶能不能解密 文件，而是用戶是否能夠確認(rèn)服務(wù)器上確實(shí)存在這樣一個(gè)自己需要的文件。
[0008] 在對(duì)稱加密的環(huán)境中，已經(jīng)存在一些支持多用戶的方案。然而，在公鑰環(huán)境下的支 持多用戶的方案確是寥寥無幾，除了Hwang的工作。我們的方案是在公鑰加密的環(huán)境下展 開的。我們假設(shè)數(shù)據(jù)的擁有者已經(jīng)定義了指定的數(shù)據(jù)接收者，對(duì)自己的數(shù)據(jù)進(jìn)行了加密操 作，并且將這些加密后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在了云服務(wù)器上。但是由于某種原因，數(shù)據(jù)擁有者想要撤 銷某些接收者對(duì)自己數(shù)據(jù)的訪問權(quán)力。那么這個(gè)數(shù)據(jù)擁有者應(yīng)該做些什么呢？如果我們實(shí) 用Hwang的方案，那么數(shù)據(jù)擁有者就需要對(duì)自己的關(guān)鍵字重新進(jìn)行加密，并且再將這些重 新加密后的密文關(guān)鍵字保存在云服務(wù)器上。這自然的就產(chǎn)生了很多不必要的計(jì)算。那么數(shù) 據(jù)的擁有者是否能夠在已經(jīng)定義了指定接收者并且將加密后的數(shù)據(jù)放在了云服務(wù)器上之 后還能夠控制用戶對(duì)自己的數(shù)據(jù)訪問權(quán)限呢？我們引入了一個(gè)特殊的陷門，稱Stm，這個(gè) 特殊的陷門是由數(shù)據(jù)擁有者來生成的。在將加密的數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)在云服務(wù)器上之前，數(shù)據(jù) 擁有者首先定義一個(gè)指定的數(shù)據(jù)接收者集合，這個(gè)集合中盡可能的包含所有可能出現(xiàn)的接 收者。然后數(shù)據(jù)擁有者將數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，然后將加密后的數(shù)據(jù)保存在云服務(wù)器上。數(shù)據(jù)擁 有者還要為每一個(gè)接收者生成一個(gè)不同的陷門tph。只有那些得到了Tph的指定接收者，才 能生成正確的關(guān)鍵字陷門，然后收到自己想要的文件。
[0009] 在這篇文章里，我們的目的是要在公鑰加密的環(huán)境中設(shè)計(jì)一個(gè)支持多個(gè)接收者的 可搜索公鑰加密方案。我們正式的定義了關(guān)鍵字密文的安全和關(guān)鍵字陷門的安全；基于雙 線性映射構(gòu)造方案；正式的證明了關(guān)鍵字密文的安全和關(guān)鍵字西安門的安全，我們的證明 是在隨機(jī)寓言機(jī)模型下完成的。關(guān)鍵字密文的安全是基于BDH問題的困難性的，關(guān)鍵字陷 門的安全是基于DDH問題的困難性的。用戶的呈圓形隱私問題是基于DLP問題的困難性 的。和Hwang的方案進(jìn)行比較，我們的方案不但滿足關(guān)鍵字密文的安全，還滿足關(guān)鍵字陷門 的安全；而且我們的方案可以保護(hù)指定接收者的成員性隱私。在我們的方案中，生成的關(guān)鍵 字密文的長(zhǎng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的方案，也就是說，不管指定的接收者有多少個(gè)，關(guān)鍵字密文 的長(zhǎng)度都是固定的，這個(gè)固定的長(zhǎng)度僅僅是群中元素的長(zhǎng)度的兩倍。在我們的方案中。對(duì) 指數(shù)操作和乘法操作的數(shù)量要相對(duì)較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種可搜索的公鑰加密方法， 該方法能夠在公鑰加