可跟蹤身份的共享數(shù)據(jù)云審計方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種利用可跟蹤身份的共享數(shù)據(jù)云審計系統(tǒng)進行可跟蹤身份的共享數(shù)據(jù)云審計方法，其包括：第一步，系統(tǒng)初始化；第二步，數(shù)據(jù)文件上傳和審計；第三步，身份跟蹤；第四步，成員增加和刪除，所述可跟蹤身份的共享數(shù)據(jù)云審計系統(tǒng)，其包括：云端模塊、系統(tǒng)管理中心模塊、群管理員模塊、群成員模塊和審計中心模塊。在該方法中，群成員可以以群體的名義將數(shù)據(jù)上傳到云端，從而保護了數(shù)據(jù)擁有者的身份隱私性。當云端數(shù)據(jù)出現(xiàn)爭議時，群管理員可以打開數(shù)據(jù)擁有者的身份，避免了惡意群成員上傳錯誤數(shù)據(jù)的問題。同時也可以方便的增加和刪除群成員。
【專利說明】可跟蹤身份的共享數(shù)據(jù)云審計方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及云計算安全【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種可跟蹤身份的共享數(shù)據(jù)云審計方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著云計算領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展，以及云服務(wù)提供商的不斷增多，云計算 服務(wù)越來越深入地走進人們的生活，云中數(shù)據(jù)的存儲也成為人們關(guān)心的熱點。云計算從根 本上改變了資源部署和服務(wù)提供的方式，這種新的計算模式減輕了個人存儲管理的負擔(dān)， 避免了用戶對本地軟硬件和維護的大量投入，用戶可遠程地將數(shù)據(jù)存放到云端，并按需享 受云中高質(zhì)量的應(yīng)用和服務(wù)。
[0003] 但是云存儲也存在很多安全威脅，例如平臺的系統(tǒng)漏洞、內(nèi)部人員蓄意破壞和云 服務(wù)提供商可能會故意隱瞞數(shù)據(jù)丟失來保持好的聲譽。由于數(shù)據(jù)存儲在不確定存儲池中， 用戶失去了對數(shù)據(jù)的物理擁有，任何云端的錯誤都可能導(dǎo)致用戶數(shù)據(jù)的修改或丟失，因此 用戶需要隨時驗證數(shù)據(jù)的完整性。而傳統(tǒng)的驗證數(shù)據(jù)正確性的方法通常需要擁有本地數(shù)據(jù) 才能完成，這在數(shù)據(jù)外包的情況下是不可行的。為了避免將云端數(shù)據(jù)全部下載而產(chǎn)生非常 大的寬帶開銷，云端需要提供安全、高效適合云計算的審計服務(wù)，及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)損壞或丟失 并盡快恢復(fù)，保證存儲數(shù)據(jù)的完整性。由于存儲在云中的數(shù)據(jù)量非常大，審計任務(wù)繁重，而 用戶設(shè)備計算能力和時間都有限，而在公共審計中，用戶可以將審計任務(wù)委托給有能力的 可信第三方審計中心，審計中心審計后把結(jié)果返回給用戶。在云存儲的實際應(yīng)用中，很重要 的一類應(yīng)用是共享數(shù)據(jù)的云存儲，即，云中的數(shù)據(jù)可以由一群成員共享。這種數(shù)據(jù)的共享方 式是一些國際化大公司和有著大量用戶群體的交互式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商常用的云存儲方式。
[0004] 因此，針對共享數(shù)據(jù)的云審計方法得到了一定的關(guān)注，這些方法考慮了如何保護 數(shù)據(jù)擁有者身份的隱私性問題。這些方法在電子醫(yī)療等領(lǐng)域有很廣的應(yīng)用。然而，隱私的 保護不應(yīng)該是無限制的，群成員可能會有人惡意的修改云端的數(shù)據(jù)，而無法被審查到身份， 這會很大的破壞系統(tǒng)的安全性。因此，需要有一種有效的審計方法，可以在出現(xiàn)爭端時，可 以跟蹤到用戶身份。比如：電子醫(yī)療系統(tǒng)中，患者群體將醫(yī)療記錄上傳到云端，希望能隱藏 自己的身份信息，但是當醫(yī)療記錄出現(xiàn)惡意修改等爭端時，需要一位有特殊權(quán)利的管理員 可以打開爭議記錄的擁有者。而基于群簽名的方法，并不適合實現(xiàn)此項功能，這是因為群簽 名運算復(fù)雜，效率太低。
[0005] 本發(fā)明專利提出了一個高效的可跟蹤身份的共享數(shù)據(jù)云審計方法。任何一個群成 員可以以匿名的方式，代表整個群體上傳其數(shù)據(jù)，此記錄的認證器是可以公開驗證的，審計 中心只運用群公鑰便可驗證數(shù)據(jù)的完整性。云端只是知道醫(yī)療記錄數(shù)據(jù)由群成員上傳，但 是不能確定到底是哪個成員上傳的。當數(shù)據(jù)出現(xiàn)爭議時，群管理員可以通過快速的查表操 作，很容易打開記錄上傳者身份。本方案提出的云存儲方法可以保證數(shù)據(jù)的完整性，同時可 以高效的實現(xiàn)具有隱私保護和可追蹤身份的特性，避免復(fù)雜的群簽名運算。本發(fā)明在專利 電子醫(yī)療系統(tǒng)、海量數(shù)據(jù)存儲等諸多領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了支持共享數(shù)據(jù)云存儲的完整性檢測，在保護用戶身份隱私的同時，可以在出 現(xiàn)糾紛時跟蹤數(shù)據(jù)源的身份，本專利提出了一種可跟蹤身份的共享數(shù)據(jù)云審計方法。在該 方法中，群成員可以以群體的名義將數(shù)據(jù)上傳到云端，從而保護了身份擁有者的身份隱私 性。當云端數(shù)據(jù)出現(xiàn)爭議時，群管理員可以打開數(shù)據(jù)擁有者的身份，避免了惡意群成員上傳 錯誤數(shù)據(jù)的問題。同時也可以方便的增加和刪除群成員。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種可跟蹤身份的共享數(shù)據(jù)云審計系統(tǒng)，其 包括：云端模塊、系統(tǒng)管理中心模塊（簡稱SM)、群管理員模塊（簡稱GM)、群成員模塊和審 計中心模塊（簡稱TPA)。
[0008] 其中，所述云端模塊為群成員數(shù)據(jù)提供存儲資源，數(shù)據(jù)被分割成η個數(shù)據(jù)塊存放 在z?端；
[0009] 所述系統(tǒng)管理中心模塊生成各種系統(tǒng)參數(shù)，用戶群的公私鑰，每個群成員的私鑰 和群管理員模塊密鑰；
[0010] 群管理員模塊維護兩個列表，分別為身份-密鑰列表IKL和身份-數(shù)據(jù)塊列表 IBL，用于在必要的時候用來跟蹤數(shù)據(jù)塊擁有者的身份，所述身份-密鑰列表保存成員身份 和相關(guān)密鑰，所述身份-數(shù)據(jù)塊列表則記錄成員對數(shù)據(jù)塊進行了操作；
[0011] 所述群成員模塊可分為數(shù)據(jù)擁有者子模塊和其他用戶子模塊，數(shù)據(jù)擁有者子模塊 將數(shù)據(jù)文件分割成數(shù)據(jù)塊上傳到云端進行共享，其他用戶子模塊可以對數(shù)據(jù)訪問或修改；
[0012] 所述審計中心模塊代表用戶來驗證云端數(shù)據(jù)完整性。
[0013] 本發(fā)明還提供了采用上述的可跟蹤身份的共享數(shù)據(jù)云審計系統(tǒng)進行可跟蹤身份 的共享數(shù)據(jù)云審計方法，其包括：
[0014] 第一步，系統(tǒng)初始化；
[0015] 第二步，數(shù)據(jù)文件上傳和審計；
[0016] 第三步，身份跟蹤；
[0017] 第四步，成員增加和刪除。
[0018] 其中，所述第一步具體為由系統(tǒng)管理中心模塊（SM)來完成，系統(tǒng)管理中心模塊 (SM)生成全體公共參數(shù)和群公私鑰，群成員公私鑰，群管理員模塊（GM)持有的所有群成員 的相關(guān)密鑰集合IV』}(1彡j彡m，m為群成員數(shù)）。
[0019] 其中，所述第一步進一步具體包括：
[0020] a、系統(tǒng)管理中心模塊（SM)生成兩個階為大素數(shù)q的乘法群Gi，G2，和一個雙線性 配對

【權(quán)利要求】
1. 一種可跟蹤身份的共享數(shù)據(jù)云審計系統(tǒng)，其特征在于，包括：云端模塊、系統(tǒng)管理中 心模塊、群管理員模塊和群成員模塊和審計中心模塊。
2. 如權(quán)利要求1所述的共享數(shù)據(jù)云審計系統(tǒng)，其特征在于：所述云端模塊為群成員數(shù) 據(jù)提供存儲資源，數(shù)據(jù)被分割成n個數(shù)據(jù)塊存放在云端； 所述系統(tǒng)管理中心模塊生成各種系統(tǒng)參數(shù)，用戶群的公私鑰，每個群成員的私鑰和群 管理員模塊密鑰； 群管理員模塊維護兩個列表，分別為身份-密鑰列表IKL和身份-數(shù)據(jù)塊列表IBL，用 于在必要的時候用來跟蹤數(shù)據(jù)塊擁有者的身份，所述身份-密鑰列表保存成員身份和相關(guān) 密鑰，所述身份-數(shù)據(jù)塊列表則記錄成員對數(shù)據(jù)塊進行了操作； 所述群成員模塊可分為數(shù)據(jù)擁有者子模塊和其他用戶子模塊，數(shù)據(jù)擁有者子模塊將數(shù) 據(jù)文件分割成數(shù)據(jù)塊上傳到云端進行共享，其他用戶子模塊可以對數(shù)據(jù)訪問或修改； 所述審計中心模塊代表用戶來驗證云端數(shù)據(jù)完整性。
3. 采用權(quán)利要求1或2所述的可跟蹤身份的共享數(shù)據(jù)云審計系統(tǒng)進行可跟蹤身份的共 享數(shù)據(jù)云審計方法，其特征在于，包括： 第一步，系統(tǒng)初始化； 第二步，數(shù)據(jù)文件上傳和審計； 第三步，身份跟蹤； 第四步，成員增加和刪除。
4. 如權(quán)利要求3所述的可跟蹤身份的共享數(shù)據(jù)云審計方法，其特征在于：所述第一步 具體為由系統(tǒng)管理中心模塊（SM)來完成，系統(tǒng)管理中心模塊（SM)生成全體公共參數(shù)和 群公私鑰，群成員公私鑰，群管理員模塊（GM)持有的所有群成員的相關(guān)密鑰集合

5. 如權(quán)利要求3或4所述的可跟蹤身份的共享數(shù)據(jù)云審計方法，其特征在于：所述第 一步進一步具體包括， a、 系統(tǒng)管理中心模塊（SM)生成兩個階為大素數(shù)q的乘法群G1,G2，和一個雙線性配對： e: G1 X Gj ->G2 5 b、 系統(tǒng)管理中心模塊（SM)選擇密碼哈希函數(shù)，其中 < =丨1，2,L ，選 擇G1中兩個互相獨立的生成元g，u，全體公共參數(shù)為
； c、 系統(tǒng)管理中心模塊（SM)隨機選擇<中的元素x作為群的密鑰自己保存，并且公布群 的公鑰
； d、 用戶群中第.
個成員的身份％是<中的元素，系統(tǒng)管理中心模塊 (SM)隨機選擇 < 中的元素&作為群成員％的個人密鑰，并公布每個成員的公鑰， 將\發(fā)送給成員Mj ;
e、 系統(tǒng)管理中心模塊（SM)計算。 ^ _ 發(fā)送給群管理員模塊（GM)， 群管理員模塊（GM)維護一個身份-密鑰列表
和一個 身份-數(shù)據(jù)塊列表/1 = 0。
6. 如權(quán)利要求3至5所述的可跟蹤身份的共享數(shù)據(jù)云審計方法，其特征在于：所述第 二步中的數(shù)據(jù)文件上傳具體為由群成員模塊和群管理員模塊（GM)共同生成認證器，群成 員將數(shù)據(jù)和認證器一起上傳到云端；審計具體為由審計中心模塊（TPA)選擇需要質(zhì)詢的 采樣數(shù)據(jù)，云端模塊根據(jù)采樣數(shù)據(jù)和審計中心模塊的質(zhì)詢生成證明proof，審計中心模塊 (TPA)通過驗證證明proof進行審計。
7. 如權(quán)利要求3至6所述的可跟蹤身份的共享數(shù)據(jù)云審計方法，其特征在于：所述第 二步中的數(shù)據(jù)文件上傳進一步具體包括， a、 群成員模塊將上傳到云端的數(shù)據(jù)文件F分割成n個數(shù)據(jù)塊
，即

，數(shù)據(jù)塊Hli的身份idi是<中的元素。成員％隨機選擇<中的元素h，將數(shù)據(jù) 塊叫，…，mn盲化，并將
_發(fā)送給群管理員模塊（GM); b、 當群管理員模塊（GM)收到Mj發(fā)送的
時，首先檢測Mj是否是有效的群 成員，即檢查身份_密鑰列表中是否包含％，如果沒有，則拒絕這個請求。否則，群管理員模 塊（GM)計算盲化數(shù)據(jù)塊的簽名......，并將簽名〇 ' 1發(fā)送給％，同時將（Mj,
icQ加入身份-數(shù)據(jù)塊列表IBL; c、Mj收到群管理員模塊（GM)發(fā)送的簽名〇 'i后，計算認證器〇i
最終，數(shù)據(jù)塊
和認證器
同時上傳到云端模塊。
8. 如權(quán)利要求3至7所述的可跟蹤身份的共享數(shù)據(jù)云審計方法，其特征在于：所述第 二步中的數(shù)據(jù)文件審計進一步具體包括： a、 在前面數(shù)據(jù)文件上傳完成后，審計中心模塊（TPA)隨機選擇一個需要審計的數(shù)據(jù)塊 集合，并生成質(zhì)詢
并發(fā)送到云端模塊上，其中
是 集合
的C-元子集，Vi是從<中隨機選擇的； b、 云端模塊計算認證器的聚合 <
，還計算采樣數(shù)據(jù)塊的線性組合

，然后將數(shù)據(jù)塊正確性的證明
返回給審計中心模塊（TPA); c、 當審計中心模塊（TPA)收到證明
后，驗證以下等式是否成立，
。當?shù)仁匠闪r，返回"正確"，說明云端存儲的數(shù)據(jù)是 正確的；否則，返回"錯誤"。
9. 如權(quán)利要求3至8所述的可跟蹤身份的共享數(shù)據(jù)云審計方法，其特征在于：所述第 三步具體為當身份為idi的數(shù)據(jù)塊出現(xiàn)糾紛時，群管理員模塊（GM)通過數(shù)據(jù)idi搜索身 份-數(shù)據(jù)塊表IBL找到相應(yīng)的％，就可以打開％找到數(shù)據(jù)擁有者。
10. 如權(quán)利要求3至9所述的可跟蹤身份的共享數(shù)據(jù)云審計方法，其特征在于：所述第 四步進一步具體為， 群成員的增加，當一個新成員Mn+1要加入這個群時，系統(tǒng)管理中心模塊（SM)選擇<中 的元素xn+1，計算X' n+1 =x-xn+1，將xn+1發(fā)送給成員Mn+1，將X'n+1發(fā)送給GM，計算并公開 新成員的公鑰=g?，群管理員模塊（GM)將（Mn+1，x'n+1)加入身份-密鑰列表IKL列 表； 群成員的刪除，當成員Mj要離開這個群時，系統(tǒng)管理中心模塊（SM)通知群管理員模塊 (GM)刪除這個成員，群管理員模塊（GM)只需要刪除身份-密鑰列表IKL中的
元 組。從此以后，群管理員模塊（GM)拒絕群成員％所有的對消息簽名的請求。
【文檔編號】H04L9/32GK104243169SQ201410529253
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】郝蓉, 于佳 申請人:青島大學(xué)