本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，進(jìn)一步涉及信息安全技術(shù)領(lǐng)域中的一種云存儲(chǔ)中借助第三方完成的數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證方法。本發(fā)明中的用戶將加密數(shù)據(jù)上傳給第三方，第三方為這些加密數(shù)據(jù)生成標(biāo)簽，并將加密數(shù)據(jù)和標(biāo)簽發(fā)送給云服務(wù)提供商，隨后，第三方發(fā)送挑戰(zhàn)信息，云服務(wù)提供商返回響應(yīng)信息給第三方，第三方對響應(yīng)信息進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證通過則表示用戶數(shù)據(jù)完整，否則用戶數(shù)據(jù)被破壞。

背景技術(shù)：

云存儲(chǔ)作為一種新型的存儲(chǔ)模型，具有遠(yuǎn)程存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。越來越多的公司和個(gè)人，將本地的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到云端，以減小本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)的壓力。但是云存儲(chǔ)并不是完全值得信任的，可能會(huì)對云存儲(chǔ)中的數(shù)據(jù)造成損壞，給公司和個(gè)人帶來巨大的損失。因此，用戶需要對存儲(chǔ)在云中的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證。

M.Jogdand和R.H.Goudar在其發(fā)表的論文“Dynamic remote data auditing for securing big data storage in cloud computing”(Information Sciences,2015:101-116.)中提出了一種遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證方法。該方法的具體步驟是：在預(yù)處理階段，用戶先對要上傳到云存儲(chǔ)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊處理，并為每個(gè)分塊的數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)簽，然后將數(shù)據(jù)上傳到云存儲(chǔ)中，在挑戰(zhàn)-響應(yīng)階段，用戶向云存儲(chǔ)服務(wù)器發(fā)起數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證挑戰(zhàn)，云存儲(chǔ)服務(wù)器返回相應(yīng)的驗(yàn)證響應(yīng)；在用戶驗(yàn)證階段，用戶對返回的響應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證，如果驗(yàn)證成功則輸出接受，否則輸出拒絕。該方法存在的不足之處是，在用戶驗(yàn)證階段，驗(yàn)證所需要的所有信息皆來源于不可信云服務(wù)提供商，因此云服務(wù)可以偽造證明信息來欺騙用戶。

北京航空航天大學(xué)在其申請的專利文獻(xiàn)“一種多重云環(huán)境下數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證方法”(申請?zhí)枺?01310631352.2，公開號(hào)：103605784A)中公開了一種數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證的方法。該方法的具體步驟是：在預(yù)處理階段，由客戶端執(zhí)行，包括初始化，文件分塊，數(shù)據(jù)標(biāo)簽的生成，文件、標(biāo)簽、公開參數(shù)的存儲(chǔ)四個(gè)步驟；在挑戰(zhàn)-響應(yīng)階段，用戶與云服務(wù)提供商交互的一個(gè)過程，不管是在數(shù)據(jù)更新前，還是更新后，用戶向云服務(wù)提供商發(fā)起挑戰(zhàn)，服務(wù)器做出相應(yīng)的回應(yīng)，用戶根據(jù)服務(wù)器給的回應(yīng)進(jìn)行完整性驗(yàn)證；在用戶驗(yàn)證階段，當(dāng)用戶收到組織者返回的數(shù)據(jù)P＝{P1,P2}時(shí)，從第三方處獲得存儲(chǔ)的公開參數(shù)，驗(yàn)證云服務(wù)提供商存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是否是完整的，如果驗(yàn)證成功則輸出接受，否則輸出拒絕。該方法存在的不足之處是，該方法中，第三方僅為用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)完整性的驗(yàn)證，而沒有為用戶初始化階段的數(shù)據(jù)標(biāo)簽生成做任何貢獻(xiàn)，這在很大程度上并沒有降低用戶的計(jì)算和存儲(chǔ)花費(fèi)。除此之外，該方法也存在著驗(yàn)證過程中數(shù)據(jù)隱私泄露的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種云存儲(chǔ)中基于第三方的完整性驗(yàn)證方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體思路是：用戶先對要上傳到云存儲(chǔ)服務(wù)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊加密，然后將加密后的文件塊發(fā)送給第三方；第三方為每個(gè)加密的文件塊生成相應(yīng)的文件主標(biāo)簽和輔助標(biāo)簽，再將加密文件塊、主標(biāo)簽和輔助標(biāo)簽一起上傳到云服務(wù)器。在數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證過程中，第三方生成挑戰(zhàn)信息并發(fā)送給第三方；云服務(wù)生成對應(yīng)的響應(yīng)信息返回給第三方；第三方驗(yàn)證響應(yīng)信息，以判斷云中的數(shù)據(jù)是否完整。這個(gè)驗(yàn)證過程不僅保證了數(shù)據(jù)的隱私安全，而且抵抗云服務(wù)提供商發(fā)起的偽造攻擊，同時(shí)提高數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證方案的效率。

本發(fā)明的具體步驟包括：

(1)將待上傳到云服務(wù)器的文件進(jìn)行分塊：

用戶將待上傳到云存儲(chǔ)中的云服務(wù)器里進(jìn)行完整性驗(yàn)證的數(shù)據(jù)均等分塊生成長度為l的多個(gè)數(shù)據(jù)塊，當(dāng)最后一個(gè)數(shù)據(jù)塊長度小于l時(shí)，對最后一個(gè)數(shù)據(jù)塊末尾補(bǔ)0，使最后一個(gè)數(shù)據(jù)塊長度為l；

(2)對數(shù)據(jù)塊進(jìn)行加密并傳給第三方：

(2a)按照下式，生成一個(gè)乘法循環(huán)群：

{gⁱ}_0≤i≤p-1→G₁

其中，gⁱ表示乘法循環(huán)群中的第i個(gè)元素，{}表示乘法循環(huán)群的集合符號(hào)，p表示乘法循環(huán)群的階，→表示生成操作，G₁表示乘法循環(huán)群；

(2b)從乘法循環(huán)群G₁的元素中，隨機(jī)選擇一個(gè)元素，作為高級加密標(biāo)準(zhǔn)AES算法的加密密鑰ssk；

(2c)按照下式，用戶計(jì)算每一個(gè)數(shù)據(jù)塊的密文塊：

m_j＝E_ssk(F(j))

其中，m_j表示第j個(gè)數(shù)據(jù)塊對應(yīng)的密文塊，E_ssk(·)表示加密密鑰為ssk的高級加密標(biāo)準(zhǔn)AES算法，F(xiàn)(j)表示第j個(gè)數(shù)據(jù)塊，j表示每一個(gè)數(shù)據(jù)塊對應(yīng)的標(biāo)號(hào)，1≤j≤n，n表示數(shù)據(jù)塊的總數(shù)；

(2d)將所有的密文塊集合后生成密文塊集合發(fā)送給第三方；

(3)生成密文塊的標(biāo)簽并傳給云服務(wù)器：

(3a)按照下式，第三方計(jì)算每一個(gè)密文塊的主標(biāo)簽：

T_t＝S_γ(m_t||ID_F||t)

其中，T_t表示第t個(gè)密文塊的主標(biāo)簽，S_γ(·)表示代數(shù)簽名函數(shù)，m_t表示第t個(gè)密文塊，||表示級聯(lián)操作，ID_F表示待上傳到云服務(wù)器的數(shù)據(jù)身份認(rèn)證標(biāo)號(hào)，t表示密文塊的標(biāo)號(hào)；

(3b)按照下式，第三方計(jì)算每個(gè)加密后的密文塊的輔助標(biāo)簽：

C_t＝S_γ(ID_F||t)

其中，C_t表示第三方計(jì)算的第t個(gè)密文塊的輔助標(biāo)簽，S_γ(·)表示代數(shù)簽名函數(shù)，||表示級聯(lián)符號(hào)，ID_F表示待上傳到云服務(wù)器的數(shù)據(jù)身份認(rèn)證標(biāo)號(hào)，t表示密文塊的標(biāo)號(hào)；

(3c)將密文塊的標(biāo)簽集合后生成標(biāo)簽集合，連同密文塊集合傳送給云服務(wù)器；

(4)生成挑戰(zhàn)信息并發(fā)送給云服務(wù)器：

(4a)第三方從整數(shù)集合[1,q]中，隨機(jī)選擇一個(gè)含有c個(gè)元素的子集，其中，q表示上傳到云服務(wù)器的密文塊的總數(shù)；

(4b)第三方將含有c個(gè)元素的子集作為挑戰(zhàn)信息發(fā)送給云服務(wù)器；

(5)生成響應(yīng)信息并返回給第三方：

(5a)按照下式，云服務(wù)器計(jì)算含有c個(gè)元素的子集對應(yīng)的密文塊的響應(yīng)值：

其中，σ表示含有c個(gè)元素的子集對應(yīng)的密文塊的響應(yīng)值，c表示所選擇的子集的元素總數(shù)，Σ表示求和操作，k表示含有c個(gè)元素的子集中第k個(gè)元素對應(yīng)的標(biāo)號(hào)，表示含有c個(gè)元素的子集中的第k個(gè)元素r_k對應(yīng)的密文塊，·表示相乘操作，r_k表示含有c個(gè)元素的子集中的第k個(gè)元素；

(5b)按照下式，云服務(wù)計(jì)算含有c個(gè)元素的子集對應(yīng)的密文塊標(biāo)簽的響應(yīng)值：

μ＝(g^β)^y

其中，μ表示含有c個(gè)元素的子集對應(yīng)的密文塊的標(biāo)簽響應(yīng)值，g^β表示第三方利用從乘法循環(huán)群G₁中隨機(jī)選取的私鑰β生成的公鑰，y表示含有c個(gè)元素的子集對應(yīng)的密文塊標(biāo)簽的臨時(shí)響應(yīng)值；

(5c)云服務(wù)器將密文塊的響應(yīng)值集合、密文塊的標(biāo)簽響應(yīng)值集合作為響應(yīng)信息返回給第三方；

(6)第三方計(jì)算映射：

(6a)按照下式，第三方計(jì)算挑戰(zhàn)信息的映射結(jié)果:

Λ＝e(μ,g^α)

其中，Λ表示挑戰(zhàn)信息的映射結(jié)果，e(·)表示乘法循環(huán)群G₁上的雙線性映射操作，g^α表示用戶利用從乘法循環(huán)群G₁中隨機(jī)選取的私鑰α生成的公鑰；

(6b)按照下式，第三方計(jì)算響應(yīng)信息的映射結(jié)果:

其中，Υ表示響應(yīng)信息的映射結(jié)果，表示第三方利用含有c個(gè)元素的子集對應(yīng)的密文塊的響應(yīng)值生成的響應(yīng)信息，g^αβ表示第三方利用用戶的公鑰g^α和自己從乘法循環(huán)群G₁中隨機(jī)選取的私鑰β生成的共享密鑰；

(7)判斷挑戰(zhàn)信息映射結(jié)果是否等于響應(yīng)信息映射結(jié)果，若是，則執(zhí)行步驟(8)，否則，執(zhí)行步驟(9)；

(8)確定第三方驗(yàn)證云服務(wù)器中的數(shù)據(jù)未被破壞，數(shù)據(jù)是完整的；

(9)確定第三方驗(yàn)證云服務(wù)器中的數(shù)據(jù)被破壞，數(shù)據(jù)是不完整的。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

第一，由于本發(fā)明用戶對文件塊進(jìn)行加密并傳給第三方，克服了現(xiàn)有技術(shù)在數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證過程中數(shù)據(jù)隱私的泄露的問題，使得本發(fā)明在數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證過程數(shù)據(jù)隱私得到保護(hù)。

第二，由于本發(fā)明第三方生成文件塊標(biāo)簽并傳給云服務(wù)器的過程中，第三方計(jì)算每一個(gè)加密后文件塊的主標(biāo)簽和輔助標(biāo)簽，克服了現(xiàn)有技術(shù)給數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證的用戶帶來大量的計(jì)算和存儲(chǔ)負(fù)擔(dān)的缺陷，使得本發(fā)明在文件的標(biāo)簽生成的過程中數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證的用戶具有更低的存儲(chǔ)和計(jì)算費(fèi)用，提高了整個(gè)數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證的效率。

第三，由于本發(fā)明第三方在判斷挑戰(zhàn)信息映射結(jié)果是否等于響應(yīng)信息映射結(jié)果的過程中，第三方自己生成一個(gè)驗(yàn)證信息，克服了現(xiàn)有技術(shù)中在數(shù)據(jù)破壞的情況下，云服務(wù)器偽造一個(gè)假的響應(yīng)信息來欺騙用戶通過驗(yàn)證的問題，提高了驗(yàn)證云服務(wù)器中數(shù)據(jù)的完整性的準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

步驟1，將待上傳到云服務(wù)器的文件進(jìn)行分塊。

用戶將待上傳到云存儲(chǔ)中的云服務(wù)器里進(jìn)行完整性驗(yàn)證的數(shù)據(jù)均等分塊生成長度為的多個(gè)數(shù)據(jù)塊，其中表示向下取整操作，L表示待上傳到云存儲(chǔ)中的云服務(wù)器里進(jìn)行完整性驗(yàn)證的數(shù)據(jù)長度，n表示用戶需要生成的數(shù)據(jù)塊個(gè)數(shù)。當(dāng)最后一個(gè)數(shù)據(jù)塊長度小于l時(shí)，對最后一個(gè)數(shù)據(jù)塊末尾補(bǔ)0，使最后一個(gè)數(shù)據(jù)塊長度為l；

步驟2，對數(shù)據(jù)塊進(jìn)行加密并傳給第三方。

(2a)按照下式，生成一個(gè)乘法循環(huán)群：

{gⁱ}_0≤i≤p-1→G₁

其中，gⁱ表示乘法循環(huán)群中的第i個(gè)元素，{}表示乘法循環(huán)群的集合符號(hào)，p表示乘法循環(huán)群的階，→表示生成操作，G₁表示乘法循環(huán)群；

(2b)從乘法循環(huán)群G₁的元素中，隨機(jī)選擇一個(gè)元素，作為高級加密標(biāo)準(zhǔn)AES算法的加密密鑰ssk；

(2c)按照下式，用戶計(jì)算每一個(gè)數(shù)據(jù)塊的密文塊：

m_j＝E_ssk(F(j))

其中，m_j表示第j個(gè)數(shù)據(jù)塊對應(yīng)的密文塊，E_ssk(·)表示加密密鑰為ssk的高級加密標(biāo)準(zhǔn)AES算法，F(xiàn)(j)表示第j個(gè)數(shù)據(jù)塊，j表示每一個(gè)數(shù)據(jù)塊對應(yīng)的標(biāo)號(hào)，1≤j≤n，n表示數(shù)據(jù)塊的總數(shù)；

(2d)將所有的密文塊集合后生成密文塊集合發(fā)送給第三方；

步驟3，生成密文塊的標(biāo)簽并傳給云服務(wù)器。

(3a)按照下式，第三方計(jì)算每一個(gè)密文塊的主標(biāo)簽：

T_t＝S_γ(m_t||ID_F||t)

其中，T_t表示第t個(gè)密文塊的主標(biāo)簽，S_γ(·)表示代數(shù)簽名函數(shù),代數(shù)簽名函數(shù)是一種具有代數(shù)性質(zhì)的哈希函數(shù)，其代數(shù)性質(zhì)是指對于b個(gè)數(shù)據(jù)塊之和的代數(shù)簽名函數(shù)值等于b個(gè)數(shù)據(jù)塊代數(shù)簽名函數(shù)值之和。m_t表示第t個(gè)密文塊，||表示級聯(lián)操作，ID_F表示待上傳到云服務(wù)器的數(shù)據(jù)身份認(rèn)證標(biāo)號(hào)，t表示密文塊的標(biāo)號(hào)；

(3b)按照下式，第三方計(jì)算每個(gè)加密后的密文塊的輔助標(biāo)簽：

C_t＝S_γ(ID_F||t)

其中，C_t表示第三方計(jì)算的第t個(gè)密文塊的輔助標(biāo)簽，S_γ(·)表示代數(shù)簽名函數(shù)，||表示級聯(lián)符號(hào)，ID_F表示待上傳到云服務(wù)器的數(shù)據(jù)身份認(rèn)證標(biāo)號(hào)，t表示密文塊的標(biāo)號(hào)；

(3c)將密文塊的標(biāo)簽集合后生成標(biāo)簽集合，連同密文塊集合傳送給云服務(wù)器；

步驟4，生成挑戰(zhàn)信息并發(fā)送給云服務(wù)器。

(4a)第三方從整數(shù)集合[1,q]中，隨機(jī)選擇一個(gè)含有c個(gè)元素的子集，其中，q表示上傳到云服務(wù)器的密文塊的總數(shù)；

(4b)第三方將含有c個(gè)元素的子集作為挑戰(zhàn)信息發(fā)送給云服務(wù)器；

步驟5，生成響應(yīng)信息并返回給第三方。

(5a)按照下式，云服務(wù)器計(jì)算含有c個(gè)元素的子集對應(yīng)的密文塊的響應(yīng)值：

其中，σ表示含有c個(gè)元素的子集對應(yīng)的密文塊的響應(yīng)值，c表示所選擇的子集的元素總數(shù)，Σ表示求和操作，k表示含有c個(gè)元素的子集中第k個(gè)元素對應(yīng)的標(biāo)號(hào)，表示含有c個(gè)元素的子集中的第k個(gè)元素r_k對應(yīng)的密文塊，·表示相乘操作，r_k表示含有c個(gè)元素的子集中的第k個(gè)元素；

(5b)按照下式，云服務(wù)計(jì)算含有c個(gè)元素的子集對應(yīng)的密文塊標(biāo)簽的響應(yīng)值：

μ＝(g^β)^y

其中，μ表示含有c個(gè)元素的子集對應(yīng)的密文塊的標(biāo)簽響應(yīng)值，g^β表示第三方利用從乘法循環(huán)群G₁中隨機(jī)選取的私鑰β生成的公鑰，y表示含有c個(gè)元素的子集對應(yīng)的密文塊標(biāo)簽的臨時(shí)響應(yīng)值,含有c個(gè)元素的子集對應(yīng)的密文塊標(biāo)簽的臨時(shí)響應(yīng)值是由下式計(jì)算得到的：

其中，c表示所選擇的子集的元素總數(shù)，Σ表示求和操作，k表示含有c個(gè)元素的子集中第k個(gè)元素對應(yīng)的標(biāo)號(hào)，表示含有c個(gè)元素的子集中的第k個(gè)元素r_k對應(yīng)的密文塊的主標(biāo)簽，表示異或操作，表示含有c個(gè)元素的子集中的第k個(gè)元素r_k對應(yīng)的密文塊的輔助標(biāo)簽，r_k表示含有c個(gè)元素的子集中的第k個(gè)元素。

(5c)云服務(wù)器將密文塊的響應(yīng)值集合、密文塊的標(biāo)簽響應(yīng)值集合作為響應(yīng)信息返回給第三方；

步驟6，第三方計(jì)算映射。

(6a)按照下式，第三方計(jì)算挑戰(zhàn)信息的映射結(jié)果:

Λ＝e(μ,g^α)

其中，Λ表示挑戰(zhàn)信息的映射結(jié)果，e(·)表示乘法循環(huán)群G₁上的雙線性映射操作，g^α表示用戶利用從乘法循環(huán)群G₁中隨機(jī)選取的私鑰α生成的公鑰；

(6b)按照下式，第三方計(jì)算響應(yīng)信息的映射結(jié)果:

其中，Υ表示響應(yīng)信息的映射結(jié)果，表示第三方利用含有c個(gè)元素的子集對應(yīng)的密文塊的響應(yīng)值生成的響應(yīng)信息，g^αβ表示第三方利用用戶的公鑰g^α和自己從乘法循環(huán)群G₁中隨機(jī)選取的私鑰β生成的共享密鑰；

步驟7，判斷挑戰(zhàn)信息映射結(jié)果是否等于響應(yīng)信息映射結(jié)果，若是，則執(zhí)行步驟(8)，否則，執(zhí)行步驟(9)。

步驟8，確定第三方驗(yàn)證云服務(wù)器中的數(shù)據(jù)未被破壞，數(shù)據(jù)是完整的。

步驟9，確定第三方驗(yàn)證云服務(wù)器中的數(shù)據(jù)被破壞，數(shù)據(jù)是不完整的。