云存蓄中多层次索引可搜索加密的研究与实现

摘要

云服务提供了便捷、高效的访问与管理。随着云计算的快速发展，越来越多的企业与用户将他们的数据存储到云中。安全与隐私问题是云存储服务中一个重要的问题，阻碍了云计算的广泛应用。为了保护自己的数据，数据拥有者选择将重要数据传输到云服务器上之前进行加密。但是如何使用加密的数据成为了一个挑战，为此出现了可搜索加密技术。可搜索加密是指在加密的数据上进行查找的一种技术，只返回与查询相关的一部分数据，而无需下载全部数据，可以显著的降低开销。
　　本文以可搜索加密中的数据库模型为基础，以多维数据范围查询出发点，提出了两个方案来分别解决可搜索加密中的两个问题：第一个问题是如何建立一个高效的索引来执行可搜索加密，第二个问题是如何验证服务器是否返回了正确的结果。本文的主要贡献和创新如下：
　　（1）首先针对可搜索加密中多维数据的查询问题，提出一种基于BSS树的可搜索加密方案。该方案使用基于坐标系的数据划分方式，将包含所有数据的坐标矩形区域划分成多个小区域，并生成二进制序列用来建立索引。在查询时，用户依据划分规则生成陷门，然后交给服务器进行查询。本方案中的索引是基于二叉树的一种树形结构，能够显著的提高查询效率。同时本方案能够有效的减少用户的存储开销，这对于那些拥有较低计算性能和存储空间的硬件设备非常适用。此外，本方案支持数据的动态更新并可以在并行算法模型下进行操作。在服务器端，我们通过加密数据和加密索引来保证数据的安全。
　　（2）在第一个方案的基础上，提出可搜索加密中的可验证问题。可验证是近年来比较重要的研究课题。本文将采用一种叫做不可区分混淆的方法，构建一个用于服务器查询索引的算法，服务器无法获知该算法的具体内容，因此无法伪造该算法的输出，因而保证了服务器只需执行该算法，然后客户端验证并判断服务器的输出，就可知道返回的结果是否正确。
　　最后，我们证明了两个方案的安全性，对系统的检索、验证算法的性能进行了分析。

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第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 国内外研究历史与现状

1.3 本文的主要贡献与创新

1.4 本论文的结构安排

第二章 可搜索加密基础

2.1 云计算与云存储模型

2.2 预备知识

2.3 基于关键字的公钥可搜索加密（PEKS）

2.4 对称可搜索加密（SSE）

2.5 索引结构介绍

2.6 数据库可搜索加密

2.7 本章小结

第三章 基于BSS树的多维数据可搜索加密方法

3.1 引言

3.2 预备知识

3.3 具体方案

3.4 安全性分析

3.5 性能分析

3.6 本章小结

第四章 基于不可区分混淆的可验证多维数据可搜索加密方法

4.1 引言

4.2 预备知识

4.3 具体方案

4.4 安全性分析

4.5 性能分析

4.6 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果