基于变长跳表的分布式动态数据持有证明模型的研究与应用

摘要

随着云存储模式快速发展，越来越多的用户选择将自己的数据上传到云端保存。尽管这种模式带来多种好处，但有一个问题却不容忽视，即服务器是不可信的。服务器端可能由于多种原因损坏了用户的数据且向用户隐瞒这种事故，当用户从云端取回数据得到的就是不完整的数据。因此，如何验证云存储环境下用户数据的完整性成为研究热点。数据持有证明(Provable Data Possession，PDP)是当前解决这一问题的重要手段之一。为此，本文重点对PDP方法展开研究。
　　基于变长跳表(Flexible Length-Based Authenticated Skip List，FlexList)的动态数据持有证明方案（Dynamic PDP, DPDP）是当前数据完整性验证的最新研究成果之一，方案满足数据动态更新的需求，但是，FlexList的更新算法在处理多个连续节点时更新代价较高。为此，本文设计了优化的FlexList算法(Optimized FlexList，O-FlexList)，支持连续多个节点的批量插入、删除、修改及其验证操作，修改操作还支持随机多个节点的操作。通过测试表明，对于连续多节点的更新操作，优化的算法在执行时间和证据长度方面都有了很大的提高，对于单节点更新操作，与原算法保持一致。
　　本文提出了一个分布式动态数据持有证明模型（Distributed-DPDP, D-DPDP），给出了模型的形式化定义、实体间交互协议以及模型的安全性和性能分析。模型共包括三个实体，用户、中控服务器和存储服务器。中控服务器和存储服务器构成服务器端，内部结构对用户是透明的，只通过中控服务器对外提供服务。用户不需要针对服务器端结构进行预处理，增加了服务器端的扩展性，分布式认证结构和多副本存储提高了响应时间和数据可用性。最后，设计实现了一个D-DPDP原型系统，并对该原型系统进行测试，结果表明该系统可以完成预期功能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容

1．4 论文的组织结构

第2章 相关理论基础及技术

2．1 认证跳表

2．2 基于认证跳表的动态数据持有证明方案

2．2．1 DPDP方案概述

2．2．2 基于RBASL的DPDP

2．2．3 基于FlexList的DPDP

2．2．4 基于认证跳表的DPDP方案安全性

2．3 本章小结

第3章 优化的变长跳表算法

3．1 O-FlexList算法定义

3．2 符号说明及辅助算法定义

3．2．1 符号说明

3．2．2 辅助算法

3．3 关键算法

3．3．1 插入及验证算法

3．3．2 删除及验证算法

3．3．3 修改及验证算法

3．4 算法代价分析与比较

3．4．1 代价分析

3．4．2 性能比较

3．5 本章小结

第四章 基于O-FlexList的D-DPDP模型

4．1 模型概述

4．2 形式化定义

4．3 实体交互协议

4．3．1 初始化协议

4．3．2 完整性验证协议

4．3．3 更新协议

4．5 安全性与性能分析

4．5．1 安全性分析

4．5．2 性能分析

4．5 本章小结

第五章 D-DPDP原型系统实现

5．1 系统设计

5．1．1 总体设计

5．1．2 功能设计

5．2 系统类设计

5．2．1 认证数据结构相关类

5．2．2 客户端类

5．2．3 服务器端类

5．2．4 网络通信类

5．3．1 开发环境

5．3．2 功能模块实现

5．4 系统测试

5．4．1 功能测试

5．4．2 性能测试

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的论文项目情况