本發(fā)明涉及文件加密技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種支持多值分配和屬性組合的基于屬性的加密方法。

背景技術(shù)：

由于具有一次加密、多人分享的優(yōu)勢，作為一種密文共享算法，基于屬性的加密(CP-ABE，Cipher Policy Attribute Based Encryption)算法受到廣泛關(guān)注。然而，絕大多數(shù)CP-ABE算法存在兩個明顯的問題：

不支持屬性取多個值。在已有的算法中，某一類屬性只能出現(xiàn)一次且只能取一個值。而在實際應用中，有些屬性會多次出現(xiàn)且多次取值。例如，在描述企業(yè)員工屬性時，屬性“職務”可能出現(xiàn)多次，某員工可能是銷售部經(jīng)理，同時還可能是人力資源部的副經(jīng)理。這種情況下，CP-ABE算法就無法描述。

不支持屬性組合。CP-ABE算法不支持不同類屬性進行組合，使得一些現(xiàn)實情況無法準確描述。在上述例子中，假設(shè)CP-ABE算法支持多值分配，如果用“銷售部”、“人力資源部”、“經(jīng)理”和“副經(jīng)理”描述該員工，則會引起理解上的歧義。

僅有的支持多值分配和屬性組合的CP-ASBE算法，由于算法結(jié)構(gòu)過于復雜、性能較差，很難應用實施。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有的基于屬性的加密算法不支持多值分配和屬性組合的問題。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種支持多值分配和屬性組合的基于屬性的加密方法，包括：

初始化：設(shè)置安全參數(shù)d；授權(quán)中心選擇一個階為大素數(shù)p的雙線性群G₀和G₁，記G₀的生成元為g，對應的雙線性映射為e:G×G→G_T；定義系統(tǒng)所需的屬性集合A＝{a₁,a₂,…,a_n}和組合屬性名集合AA＝{AA₁,AA₂,…,AA_m}，定義一個哈希函數(shù)H:{0,1}^*→G；隨機選擇 將系統(tǒng)公鑰信息PK＝{G₀,g,g^β,e(g,g)^α}發(fā)往云服務器并公開，數(shù)據(jù)所有者秘密保存主私鑰MK＝{g^α,β}，其中，為大素數(shù)p的剩余類集合中與大素數(shù)p互素的元素構(gòu)成的集合；

生成用戶私鑰：定義給用戶U_i分配的基本屬性集合為組合屬性集合為w”；選擇用戶私鑰隨機數(shù)對于每個元素a_j∈w'，隨機選擇生成私鑰為 其中，a_lk為構(gòu)成組合屬性A_l的第l個基本屬性；

加密：將代表訪問策略的訪問邏輯表達式轉(zhuǎn)變?yōu)樵L問結(jié)構(gòu)樹T；為訪問結(jié)構(gòu)樹T每個葉子節(jié)點賦值其中，L_T表示葉子節(jié)點的集合；生成的密文為CT＝(CT_i⁽¹⁾＝m·e(g,g)^αs，CT⁽²⁾＝h^s，且parent(l_i)為基本的：且parent(l_i)為組合的：其中，l_ib_j∈l_iB，l_iB為l_i所有兄弟葉子節(jié)點構(gòu)成的集合，att()用來求葉子節(jié)點對應的屬性；

解密：

對于訪問結(jié)構(gòu)樹T的葉子節(jié)點，如果葉子節(jié)點z對應的屬性為基本屬性，則 其中，Q_Z(0)為葉子節(jié)點z對應多項式的常數(shù)項；

對于訪問結(jié)構(gòu)樹T的葉子節(jié)點，如果葉子節(jié)點z對應的屬性為組合屬性，則

對于訪問結(jié)構(gòu)樹T的非葉子節(jié)點x，

其中，s_x為非葉子節(jié)點x的所有孩子節(jié)點構(gòu)成的集合，index(z)為葉子節(jié)點z在兄弟節(jié)點中的排行序號，parent(z)為葉子節(jié)點z的父節(jié)點，Q_x(0)為非葉子節(jié)點x對應多項式的常數(shù)項；

對于訪問結(jié)構(gòu)樹T的根節(jié)點root，其中，Q_r(0) 為根節(jié)點root對應多項式的常數(shù)項；

解密恢復明文為：

可選的，將代表訪問策略的訪問邏輯表達式轉(zhuǎn)變?yōu)樵L問結(jié)構(gòu)樹T包括：

在訪問結(jié)構(gòu)樹T中，每個葉子節(jié)點代表基本屬性集合中的一個屬性，其門限值為1；

在訪問結(jié)構(gòu)樹T中，每個非葉子節(jié)點起門限作用；

如果同屬于一個父節(jié)點的葉子節(jié)點所對應的屬性名能夠形成組合屬性名，則：構(gòu)建新的AND門限節(jié)點并將其標識為組合，讓新的AND門限節(jié)點為該父節(jié)點的孩子，將構(gòu)成組合屬性的基本屬性所對應的葉子節(jié)點全部變更為新的AND門限節(jié)點的孩子節(jié)點。

可選的，在訪問結(jié)構(gòu)樹T中，如果葉子節(jié)點對應的為非屬性，將該葉子節(jié)點用相應的編碼屬性節(jié)點替代。

可選的，為訪問結(jié)構(gòu)樹T每個葉子節(jié)點賦值包括：

為操作符為AND的非葉子節(jié)點x隨機選擇一個一元num_x-1次多項式函數(shù)Q_x(x)，為葉子節(jié)點z隨機選擇一個一元多項式函數(shù)Q_z(x)，其中，num_x為非葉子節(jié)點x的孩子節(jié)點的個數(shù)；

為根節(jié)點root隨機選擇秘密共享數(shù)且s＝Q_r(0)，Q_r(i)為根節(jié)點root第i個孩子節(jié)點對應的秘密共享數(shù)；

對于任意非根節(jié)點y且其父節(jié)點操作符為AND，Q_y(0)＝Q_parent(y)(index(y))，其中，index(y)為非根節(jié)點y在兄弟節(jié)點中的排行序號；

對于任意非根節(jié)點y且其父節(jié)點操作符為OR，Q_y(0)＝Q_parent(y)(0)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

本發(fā)明提供的支持多值分配和屬性組合的基于屬性的加密方法，在用戶私鑰生成和密文計算時將構(gòu)成組合屬性的基本屬性進行綁定。本方法不僅支持同一類屬性多次出現(xiàn)，還允許不同屬性進行組合以形成組合屬性。在用戶私鑰生成時，不僅要為基本屬性計算私鑰子項，還要為組合屬性計算私鑰子項。在計算共享密文時，先要掃描訪問結(jié)構(gòu)樹以識別出組合屬性。在出現(xiàn)組合屬性的情況下，秘密共享基于的是組合屬性而非基本屬性。本發(fā)明提供的支持多值分配和屬性組合的基于屬性的加密方法，有著和經(jīng)典CP-ABE算法一樣的安全性和相當?shù)?性能表現(xiàn)，但卻和CP-ASBE算法一樣支持屬性多值分配和屬性組合。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。

實施例

屬性是指事物的特性，它由屬性名和屬性值組成。屬性名類似數(shù)據(jù)庫中的字段名，是對屬性本身的概括描述，屬性值則是對屬性的具體說明。屬性名和屬性值相結(jié)合才能實現(xiàn)對屬性的準確描述。直接從事物特征中提取出來的屬性，被稱作基本屬性。由多個不同基本屬性組合而形成的屬性，被稱作組合屬性。例如，“部門：銷售”和“職務：經(jīng)理”這兩個基本屬性組合起來就形成了組合屬性“部門職務：銷售經(jīng)理”。

所有的基本屬性組合起來就形成了基本屬性集合，所有的組合屬性組合起來就形成了組合屬性集合。然而，并非任意兩個或多個基本屬性就能構(gòu)成一個組合屬性，因為這樣的組合從邏輯上講沒有意義，如“學歷：研究生”和“部門：銷售”。為確保形成正確的組合屬性，需要人為地進行基本屬性關(guān)聯(lián)。例如，將屬性名分別為“部門”和“職務”進行關(guān)聯(lián)，就可以形成“部門職務”組合屬性名，對應的屬性也稱作關(guān)聯(lián)屬性。顯然，該組合屬性的取值空間為“部門”的所有屬性值和“職務”的所有屬性值兩兩組合形成的空間。

上述屬性組合方法使得同一類屬性不僅可以取多個值，還可以防止歧義的產(chǎn)生。例如，同一個人的“職務”屬性就可以取多個值，不僅取值可以為“經(jīng)理”和“副經(jīng)理”，還可以取值為“經(jīng)理”和“經(jīng)理”。如果一個人同時為銷售部經(jīng)理和人力資源部副經(jīng)理，使用組合屬性“部門職務：銷售部經(jīng)理”和“部門職務：人力資源部副經(jīng)理”就能精確地描述?；诖?，本發(fā)明在用戶私鑰生成和密文計算時將構(gòu)成組合屬性的基本屬性進行綁定，提出一種支持多值分配和屬性組合的基于屬性的加密方法，包括初始化、生成用戶私鑰、加密以及解密四個步驟。

初始化：設(shè)置安全參數(shù)d；授權(quán)中心選擇一個階為大素數(shù)p的雙線性群G₀和G₁，記G₀的生成元為g，對應的雙線性映射為e:G×G→G_T；定義系統(tǒng)所需的屬性集合A＝{a₁,a₂,…,a_n}和組合屬性名集合AA＝{AA₁,AA₂,…,AA_m}，定義一個哈希函數(shù)H:{0,1}^*→G；隨機選擇 將系統(tǒng)公鑰信息PK＝{G₀,g,g^β,e(g,g)^α}發(fā)往云服務器并公開，數(shù)據(jù)所有者秘密保存主私鑰MK＝{g^α,β}，其中，為大素數(shù)p的剩余類集合中與大素數(shù)p互素的元素構(gòu)成的 集合。

生成用戶私鑰：定義給用戶U_i分配的基本屬性集合為組合屬性集合為w”；選擇用戶私鑰隨機數(shù)對于每個元素a_j∈w'，隨機選擇生成私鑰 其中，a_lk為構(gòu)成組合屬性A_l的第l個基本屬性。需要說明的是，凡是出現(xiàn)在組合屬性中的基本屬性也都屬于基本屬性集合，組合屬性名稱的集合為組合屬性名集合AA的子集。

加密：將代表訪問策略的訪問邏輯表達式轉(zhuǎn)變?yōu)樵L問結(jié)構(gòu)樹T；為訪問結(jié)構(gòu)樹T每個葉子節(jié)點賦值其中，L_T表示葉子節(jié)點的集合；生成的密文為CT＝(CT_i⁽¹⁾＝m·e(g,g)^αs，CT⁽²⁾＝h^s，且parent(l_i)為基本的：且parent(l_i)為組合的：其中，l_ib_j∈l_iB，l_iB為l_i所有兄弟葉子節(jié)點構(gòu)成的集合。

具體地，在訪問結(jié)構(gòu)樹T中，每個葉子節(jié)點都代表基本屬性集合中的一個屬性，其門限值為1；每個非葉子節(jié)點起門限作用。如果分別用num_x和k_x表示非葉子節(jié)點x的孩子節(jié)點的個數(shù)和門限值，那么必有0＜k_x≤num_x。當非葉子節(jié)點x的門限為AND門限時，其門限值k_x＝num_x；當非葉子節(jié)點x的門限為OR時，其門限值k_x＝1。

在掃描訪問結(jié)構(gòu)樹T的葉子節(jié)點時，確定是否存在組合屬性和編碼屬性。如果同屬于一個父節(jié)點的葉子節(jié)點所對應的屬性名能夠形成組合屬性名，那么就需要對以該父節(jié)點為根節(jié)點的子樹進行改造。改造具體方法為：構(gòu)建新的AND門限節(jié)點并將其標識為組合，讓新的AND門限節(jié)點為該父節(jié)點的孩子節(jié)點，將構(gòu)成組合屬性的基本屬性所對應的葉子節(jié)點全部變更為新的AND門限節(jié)點的孩子節(jié)點。如果葉子節(jié)點對應的是非屬性，將該葉子節(jié)點用相應的編碼屬性節(jié)點替代。

設(shè)訪問結(jié)構(gòu)樹T的根節(jié)點為r，T_x表示根節(jié)點為x的訪問控制樹，顯然有T＝T_r。如果屬性集滿足訪問控制樹T_x，記為T_x(γ)＝1。計算可以按下面方式遞歸進行：如x為非葉子節(jié)點，為該非葉子節(jié)點的所有孩子節(jié)點x'計算T_x'(γ)，當且僅當至少k_x個孩子的T_x'(γ)返回值都為1時，T_x(γ)＝1；如x為葉子節(jié)點，當且僅當葉子節(jié)點x的屬性屬于γ時，T_x(γ)＝1。

為訪問結(jié)構(gòu)樹T每個葉子節(jié)點賦值是按照從上至下進行。具體地，為訪問結(jié)構(gòu)樹T中每個操作符為AND的非葉子節(jié)點x隨機選擇一個一元num_x-1次多項式函數(shù)Q_x(x)，為葉子節(jié)點z隨機選擇一個一元多項式函數(shù)Q_z(x)；為根節(jié)點root隨機選擇秘密共享數(shù)且s＝Q_r(0)，Q_r(i)為根節(jié)點root第i個孩子節(jié)點(按從左到右的順序編號)對應的秘密共享數(shù)；對于任意非根節(jié)點y且其父節(jié)點操作符為AND，Q_y(0)＝Q_parent(y)(index(y))，其中，index(y)為非根節(jié)點y在兄弟節(jié)點中的排行序號；對于任意非根節(jié)點y且父節(jié)點操作符為OR，Q_y(0)＝Q_parent(y)(0)。

解密：

對于訪問結(jié)構(gòu)樹T的葉子節(jié)點，如果葉子節(jié)點z對應的屬性為基本屬性，則 其中，Q_Z(0)為葉子節(jié)點z對應多項式的常數(shù)項；

對于訪問結(jié)構(gòu)樹T的葉子節(jié)點，如果葉子節(jié)點z對應的屬性為組合屬性，則

對于訪問結(jié)構(gòu)樹T的非葉子節(jié)點x，

其中，s_x為非葉子節(jié)點x的所有孩子節(jié)點構(gòu)成的集合，index(z)為葉子節(jié)點z在兄弟節(jié)點中的排行序號，parent(z)為葉子節(jié)點z的父節(jié)點，Q_x(0)為非葉子節(jié)點x對應多項式的常數(shù)項；

對于訪問結(jié)構(gòu)樹T的根節(jié)點root，有其中，Q_r(0)為根節(jié)點root對應多項式的常數(shù)項；

解密恢復明文為：

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。