基于密文策略属性加密的云数据访问控制研究

摘要

云时代的来临，让用户可以使用云端强大的计算和存储能力，将计算任务和数据存储外包已成为一种潮流。与此同时云服务所带来的安全问题日益凸显，数据的异地存储使用户比以往更加注重敏感数据的隐私安全。云端数据的隐私保护和访问控制问题成为了云服务的核心问题，而将上传到云端的数据加密成为了解决该问题的方法之一。
　　公钥密码学经历了从基于身份的加密（IBE）到基于属性的加密（ABE）的发展演变。基于身份的加密使发送者无需查询公钥证书，只需了解接收者的身份信息就可以加密数据。而基于属性的加密使加密者无需关注具体的接收对象，只需设定相应的属性条件的访问结构，用户被描述成属性的集合，满足条件的用户都可以解密，使加密的模式从一对一变成了一对多。访问结构与公钥体制的融合，极大地提高了访问控制能力，在此基础上又演变出基于密文策略的属性加密（CP-ABE），它将访问控制结构与密文相关联，使这种支持细颗粒度访问控制的加密方案成为了云存储中保护用户数据安全的有效方式。
　　然而，现有的基于密文策略的属性加密方案大都依赖于一个单独的可信密钥生成机构，该机构负责生成全部的系统公钥和用户私钥，使其有能力解密所有密文，因而必须对其完全信任是该系统的固有缺陷，降低了用户数据的安全性。基于此问题本文提出一种新的无可信第三方的密钥生成方案，使密钥生成机构在负责用户身份的认证和属性管理的同时，必须与另一方（如云服务提供商或其他机构）通过一个安全双方计算协议来各自生成用户密钥的一部分，在这个过程中安全双方计算协议会确保双方的主密钥不会泄露。用户需要与它们分别通信才能最终获得完整的私钥，它们中的任何一方都没有能力单独解密密文，削弱了密钥生成机构的能力，进而提高系统的安全性，可以将该方案应用到现有的密文策略属性加密系统中去，进而解决单独密钥生成机构所带来的安全性问题。相比前人方案，本文在密钥生成过程中用户端仅需要一次加法运算，提高了计算效率。最后给出方案的安全性证明和运行实例。

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1 引言

1.1 云计算与云存储

1.2 现代密码学

2 研究现状

2.1 基于身份的加密

2.2 基于属性的加密

2.3 本文的研究目的和主要工作

3 预备知识

3.1 密码学的概念与定义

3.2 双线性映射

3.3 计算复杂度和困难问题

3.4 秘密共享和拉格朗日插值

3.5 安全多方计算

3.6 Waters的CP-ABE方案

4 提高安全性和效率的CP-ABE方案

4.1 无可信第三方的密钥生成方案

4.2 安全性和效率分析

4.3 效率分析

5 方案实现

5.1 实验环境及工具

5.2 函数功能及实现

5.3 运行过程

结论

参考文献

在学研究成果

致谢