一種用于云存儲數(shù)據(jù)的批量自審計方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于信息安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于云存儲數(shù)據(jù)的批量自審計方法。本發(fā)明的方法主要包括：生成基于橢圓曲線的數(shù)字簽名算法的公私鑰對，輕量級的簽名算法的公私鑰對，以及輕量級對稱加密算法：計算多個數(shù)據(jù)文件的數(shù)字簽名、數(shù)據(jù)文件標(biāo)簽、數(shù)據(jù)文件的密文，并發(fā)送到云服務(wù)器；云用戶產(chǎn)生審計挑戰(zhàn)信息發(fā)送到云服務(wù)器；云服務(wù)器產(chǎn)將聚合的審計證明響應(yīng)信息返回給云用戶；云用戶根據(jù)接收到的聚合的審計證明響應(yīng)信息，利用基于橢圓曲線的數(shù)字簽名算法以及對稱加密算法檢驗聚合的審計證明響應(yīng)的合法性。本發(fā)明的有益效果為，解決了云存儲數(shù)據(jù)批量完整性驗證的問題，使得用戶能夠有效地對多個數(shù)據(jù)文件的完整性同時進(jìn)行驗證。
【專利說明】
-種用于云存儲數(shù)據(jù)的批量自審計方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于信息安全技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種用于云存儲數(shù)據(jù)的批量自審計方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 云存儲作為云計算的一種重要服務(wù)模式已日益盛行，將數(shù)據(jù)外包存儲在云服務(wù)器 上相比傳統(tǒng)存儲模式有著極大的優(yōu)勢，但同時也讓用戶對存儲在云服務(wù)器的數(shù)據(jù)的安全隱 私問題擔(dān)憂。首先，云用戶擔(dān)屯、他們存儲在云服務(wù)器上的數(shù)據(jù)可能被未認(rèn)證用戶訪問并濫 用，因為一旦數(shù)據(jù)被存儲到云服務(wù)器上，云用戶就放棄了數(shù)據(jù)的物理上的控制權(quán)。其次，云 用戶擔(dān)屯、他們存儲在云服務(wù)器上的數(shù)據(jù)可能被丟失。因為不管云服務(wù)提供商采用可靠程度 多么高的方法，都有可能導(dǎo)致云存儲設(shè)備上的數(shù)據(jù)丟失或損壞。再次，云服務(wù)提供商由于一 些經(jīng)濟(jì)利益往往會刪除一些很少被用戶訪問的數(shù)據(jù)，從而節(jié)省存儲空間，并且他們也不會 及時地向被刪除的運些數(shù)據(jù)的主人反應(yīng)真實情況。因此，為了確保云存儲數(shù)據(jù)的真實性和 完整性，云用戶需要對存儲在云服務(wù)器上的數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性驗證。
[0003] 在大多數(shù)情況下，為了確保數(shù)據(jù)的機(jī)密性，用戶的數(shù)據(jù)都是先經(jīng)過加密再存儲在 云服務(wù)器上。即便是運樣，在對用戶的存儲在云服務(wù)器上的敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性驗證的過 程中，用戶也不希望委托第=方審計者幫助其審計數(shù)據(jù)的完整性。運是因為存儲在云服務(wù) 器上的部分公共數(shù)據(jù)會被第=方審計者掌握，進(jìn)而導(dǎo)致云用戶敏感而重要的數(shù)據(jù)出現(xiàn)泄露 的威脅。此外，當(dāng)前絕大部分支持第=方審計的云存儲數(shù)據(jù)完整性審計方法都是利用基于 雙線性對的聚合數(shù)字簽名算法設(shè)計得到的，然而運需要計算開銷較大的模指數(shù)與雙線性對 運算。而基于楠圓曲線構(gòu)造的數(shù)字簽名算法其安全性依賴于楠圓曲線有限群上的離散對數(shù) 問題，具有簽名長度短，存儲空間小，計算速度快的特性，特別適用于需要輕量級計算量，存 儲空間有限，需要高效實現(xiàn)的場合。因此，針對適用于無線通信環(huán)境的應(yīng)用場景，設(shè)計具有 更高隱私保護(hù)的基于楠圓曲線的云存儲數(shù)據(jù)批量自審計方法具有重要的應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提供一種基于楠圓曲線的用于云存儲數(shù)據(jù)的 批量自審計方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種用于云存儲數(shù)據(jù)的批量自審計方法，其特征在于，包括 W下步驟：
[0006] a.系統(tǒng)初始化，具體包括:生成一個基于楠圓曲線的數(shù)字簽名算法的公私鑰對，一 個用于對文件名稱進(jìn)行輕量級簽名的簽名算法的公私鑰對，W及一個輕量級對稱加密算 法：
[0007] b.簽名產(chǎn)生，具體包括：
[000引bl.利用步驟a中所述的基于楠圓曲線的數(shù)字簽名算法，分別計算多個數(shù)據(jù)文件的 數(shù)字簽名；
[0009] b2.利用步驟a中所述的簽名算法分別對不同的數(shù)據(jù)文件名稱進(jìn)行數(shù)字簽名產(chǎn)生 數(shù)據(jù)文件標(biāo)簽，并利用步驟a中所述的對稱加密算法將每一個數(shù)據(jù)文件進(jìn)行加密獲得數(shù)據(jù) 文件的密文；
[0010] b3.將步驟bl中產(chǎn)生的數(shù)字簽名和步驟b2中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件標(biāo)簽及數(shù)據(jù)文件的密 文發(fā)送到云服務(wù)器；
[0011] C.審計證明產(chǎn)生，具體包括：
[001^ Cl.云用戶產(chǎn)生審計挑戰(zhàn)信息發(fā)送到云服務(wù)器；
[0013] c2.云服務(wù)器根據(jù)審計挑戰(zhàn)信息產(chǎn)生多個數(shù)據(jù)文件的聚合的審計證明響應(yīng)信息， 并將聚合的審計證明響應(yīng)信息返回給云用戶；
[0014] d.審計證明驗證，具體包括:云用戶根據(jù)接收到的聚合的審計證明響應(yīng)信息，利用 基于楠圓曲線的數(shù)字簽名算法W及對稱加密算法檢驗聚合的審計證明響應(yīng)信息的合法性。
[0015] 進(jìn)一步的，所述步驟a的具體方法為：
[0016] al.定義一個在Zp(模P剩余類環(huán)）上的楠圓曲線E，設(shè)置V是E上階為素數(shù)q的一個 點，V是循環(huán)群<￥〉的生成元，P是大素數(shù)；
[0017] a2.設(shè)置一個安全的輕量級對稱加密算法巧，秘密密鑰為t;同時產(chǎn)生一個輕量級數(shù) 字簽名算法的公私鑰對(巧k，rsk);
[001引a3.從Zq中隨機(jī)選取一個值Z，生成基于楠圓曲線的簽名算法的公鑰K= {q，E，V, 叫，U = ZV為實際簽名公鑰，簽名私鑰為Z，Zq是模q剩余類環(huán)。
[0019] 進(jìn)一步的，所述步驟b的具體方法為：
[0020] 對于1《1《1^，設(shè)每一個數(shù)據(jù)文件位巧={乂,1，/巧，…，瓜），文件名稱為namei，則：
[0021] 步驟bl具體為:選取隨機(jī)數(shù)ki,iGZq，分別產(chǎn)生每一個數(shù)據(jù)文件fi,i的數(shù)字簽名為： 5i,i = (Wi,i，;ri,i，Ti,i)(f'='l，..v《），其中，Wi,i = ki,iV= (ui,i，vi,i)，;ri,i = ui,i mod q，Ti,i = (ri,iki,i+fi,iZ)modq，定義運些簽名的集合為A =巧,,心兇；
[0022] 步驟b2具體為：調(diào)用一個輕量級數(shù)字簽名算法計算文件名稱namei的標(biāo)簽曰1 = namei I I SSigrsk(namei) ;調(diào)用對稱加密算法(6^將每一個數(shù)據(jù)塊fl,i加密為 乂+巧(。。?口圳0，即將巧=(乂.1，/u，…，瓜)加密為巧'=;記，尤，…，尤）；
[002引步驟b3具體為:云用戶發(fā)掛巧'冶/，巧儲云服務(wù)器。
[0024] 進(jìn)一步的，所述步驟Cl中云用戶產(chǎn)生的審計挑戰(zhàn)信息為:從江2.，?…，々中隨機(jī)選取 一個含有C個元素的子集C= {h，…，1。};對于每一個j G C，用戶產(chǎn)生相應(yīng)的隨機(jī)值Vj，最后 云用戶發(fā)送審計挑戰(zhàn)信息Chal = { j，V J 給云服務(wù)器；
[0025] 則步驟C2中:云服務(wù)器計算組合信旨媒/,音'擬及聚難名宮誤-音知, 最后，云服務(wù)器發(fā)送(W，T，{fih《城，{namei}i《KL)作為審計證明響應(yīng)信息給云用戶。
[00%] 進(jìn)一步的，所述步驟d的具體方法為：
[0027]驗證方程
是否成立，若成立，則審計證明響應(yīng)信息有效，若不成立， 則審計證明響應(yīng)信息無效;其牛
[0028] 本發(fā)明的有益效果為，解決了云存儲數(shù)據(jù)批量完整性驗證的問題。該發(fā)明方法要 求用戶的原始數(shù)據(jù)W密文形式存儲在云服務(wù)器，能夠有效確保數(shù)據(jù)的機(jī)密性。該方法利用 楠圓曲線數(shù)字簽名算法構(gòu)造了同態(tài)線性認(rèn)證器，使得用戶能夠有效地對多個數(shù)據(jù)文件的完 整性同時進(jìn)行驗證，并且設(shè)計的方法所需要的計算量和存儲量都是輕量級的，能夠有效應(yīng) 用于無線通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
【具體實施方式】
[0029] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0030] 本發(fā)明的步驟分為四個部分：
[0031] 系統(tǒng)初始化：系統(tǒng)生成一個基于楠圓曲線的數(shù)字簽名算法的公私鑰對，一個用于 對文件名稱進(jìn)行輕量級簽名的公私鑰對，W及一個安全的輕量級對稱加密算法。
[0032] 簽名產(chǎn)生步驟：用戶分別對多個數(shù)據(jù)文件利用改進(jìn)的楠圓曲線簽名算法化CDSA) 計算其數(shù)字簽名，同時分別對不同的數(shù)據(jù)文件名稱進(jìn)行數(shù)字簽名產(chǎn)生數(shù)據(jù)文件標(biāo)簽，并將 運多個敏感數(shù)據(jù)文件進(jìn)行對稱加密。最后將運些簽名W及數(shù)據(jù)文件的密文發(fā)送到云服務(wù) 器，并在本地客戶端刪除運些數(shù)據(jù)。
[0033] 審計證明產(chǎn)生步驟：為了能夠同時批量審計外包存儲在云服務(wù)器上的數(shù)據(jù)完整 性，云用戶產(chǎn)生一個審計挑戰(zhàn)信息，并將挑戰(zhàn)信息發(fā)送給云服務(wù)器。云服務(wù)器收到挑戰(zhàn)信息 后，產(chǎn)生運多個數(shù)據(jù)文件的聚合的審計證明響應(yīng)信息，并返回給云用戶。
[0034] 審計證明驗證步驟：用戶得到運個聚合的審計證明響應(yīng)信息之后，利用楠圓曲線 簽名算法的私鑰W及對稱加密算法的秘密密鑰檢驗運個聚合的審計證明響應(yīng)信息的合法 性。
[0035] W下給出一個具體實例說明：
[0036] 基于楠圓曲線的云存儲數(shù)據(jù)批量自審計方法包括W下基本步驟:Setup,SigGen, ProofGen，VerifyProof。
[0037] 系統(tǒng)初始化:包括W下=個子步驟：
[0038] (1)定義一個在Zp(模P剩余類環(huán)，是大素數(shù))上的楠圓曲線E，設(shè)置V是E上階為素數(shù) q的一個點，V是循環(huán)群<￥〉的生成元，且在<V>上的離散對數(shù)問題是難處理的。
[0039] (2)設(shè)置一個安全的輕量級對稱加密算法矜，秘密密鑰為t。同時系統(tǒng)產(chǎn)生一個輕量 級數(shù)字簽名算法的公私鑰對(巧k，rsk)。
[0040] (3)從Zq中隨機(jī)選取一個值Z，并計算實際簽名公鑰U = ZV,生成基于楠圓曲線的簽 名算法的公鑰K= {q，E，V，叫，簽名私鑰為Z。
[0041] 簽名產(chǎn)生步驟：云用戶同時產(chǎn)生L個數(shù)據(jù)文件及其名稱的數(shù)字簽名，W及產(chǎn)生運L 個數(shù)據(jù)文件的密文如下：
[00創(chuàng) （1)對于1《1，給定每一個數(shù)據(jù)文件巧=1.么，在2，...，點J，文件名稱為namei，為 了確保數(shù)據(jù)文件名稱的唯一性，云用戶調(diào)用一個輕量級數(shù)字簽名算法計算文件名稱namei 的標(biāo)簽0i = namei| ISSigrsk(namei)。
[0043] (2)云用戶利用楠圓曲線簽名算法的私鑰Z產(chǎn)生每一個數(shù)據(jù)塊fi,I的簽名如下：選 取隨機(jī)數(shù)ki,iGZq，計算Wi,i = ki,iV= (ui,i, vi,i)，;ri,i = ui,迎odq，Ti,i= (；ri,iki,i+fi,iZ)modq， 產(chǎn)生每一個fi,i得數(shù)字簽名81,1=(胖1,1，化1，11,1)(/ = 1，-，，0，定義運些簽名的集合為 ,0'=咕Jl￡ 兇。
[0044] (3)對于給定每一個數(shù)據(jù)文件巧= W.i、乂，2,…，/;J，為了確保云用戶數(shù)據(jù) 文件的機(jī)密性，云用戶調(diào)用對稱加密算法刮尋每一個數(shù)據(jù)塊fi,i加密為.+0(?wn卻U), 運樣巧=蝸，而，…，瓜)力幡為巧'=說，尤，…，尤）。
[0045] 最后，云用戶發(fā)送(巧'，畔，巧^給云服務(wù)器，并在客戶本地端刪除運些信息。
[0046] 審計證明產(chǎn)生步驟：云用戶首先取回每一個數(shù)據(jù)文件標(biāo)簽01，并驗證簽名SSigrsk (namei)的有效性。當(dāng)驗證完標(biāo)簽的有效性之后，云用戶產(chǎn)生審計挑戰(zhàn)信息如下：從 y，2,…，/沖隨機(jī)選取一個含有C個元素的子集C=Ui,…，1。};對于每一個jEC，用戶產(chǎn)生 相應(yīng)的隨機(jī)值Vj,最后云用戶發(fā)送Chal = {j，v山K給云服務(wù)器。
[0047] 一旦接收到審計挑戰(zhàn)信息Chal = {.i，Vi } IEG，云服務(wù)器計算組合信息塊
A及聚合簽名
。最后，云服務(wù)器發(fā)送 (W, T, {f 1} 1《城，{namei}兇SSL)作為審計證明響應(yīng)信息給云用戶。
[004引審計證明驗證步驟:云用戶按照如下步驟驗證審計證明響應(yīng)信息的有效性：
[0049] (1)對于每一個計莫
[0050] (2)驗證方若
I否成立。
[0化11 宙HHJF巧胳證討趙TF疏化加下.
[00￡
[00￡
[0054]本發(fā)明提供基于楠圓曲線的云存儲數(shù)據(jù)批量自審計方法。該審計方法利用基于楠 圓曲線構(gòu)造的聚合數(shù)字簽名算法設(shè)計而成，其安全性基于離散對數(shù)困難問題，能夠確保惡 意云服務(wù)器不能產(chǎn)生偽造的審計證明響應(yīng)信息欺騙云用戶通過審計驗證過程。在審計方法 中，云用戶利用楠圓曲線聚合數(shù)字簽名構(gòu)造同態(tài)線性認(rèn)器，可W同時批量審計多個數(shù)據(jù)文 件的完整性，并且審計過程只需計算有限的倍點運算就能成功驗證存儲在云服務(wù)器上的數(shù) 據(jù)完整性，并不需要計算開銷較大的模指數(shù)運算和雙線性對運算，特別適用于需要輕量級 計算量，存儲空間有限，需要高效實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景。
【主權(quán)項】
1. 一種用于云存儲數(shù)據(jù)的批量自審計方法，其特征在于，包括W下步驟： a. 系統(tǒng)初始化，具體包括:生成一個基于楠圓曲線的數(shù)字簽名算法的公私鑰對，一個用 于對文件名稱進(jìn)行輕量級簽名的簽名算法的公私鑰對，W及一個輕量級對稱加密算法： b. 簽名產(chǎn)生，具體包括： bl.利用步驟a中所述的基于楠圓曲線的數(shù)字簽名算法，分別計算多個數(shù)據(jù)文件的數(shù)字 簽名； b2.利用步驟a中所述的簽名算法分別對不同的數(shù)據(jù)文件名稱進(jìn)行數(shù)字簽名產(chǎn)生數(shù)據(jù) 文件標(biāo)簽，并利用步驟a中所述的對稱加密算法將每一個數(shù)據(jù)文件進(jìn)行加密獲得數(shù)據(jù)文件 的密文； b3.將步驟bl中產(chǎn)生的數(shù)字簽名和步驟b2中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件標(biāo)簽及數(shù)據(jù)文件的密文發(fā) 送到云服務(wù)器； C.審計證明產(chǎn)生，具體包括： cl.云用戶產(chǎn)生審計挑戰(zhàn)信息發(fā)送到云服務(wù)器； c2.云服務(wù)器根據(jù)審計挑戰(zhàn)信息產(chǎn)生多個數(shù)據(jù)文件的聚合的審計證明響應(yīng)信息，并將 聚合的審計證明響應(yīng)信息返回給云用戶； d.審計證明驗證，具體包括:云用戶根據(jù)接收到的聚合的審計證明響應(yīng)信息，利用基于 楠圓曲線的數(shù)字簽名算法W及對稱加密算法檢驗聚合的審計證明響應(yīng)信息的合法性。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于云存儲數(shù)據(jù)的批量自審計方法，其特征在于，所述步 驟a的具體方法為： al.定義一個在Zp(模P剩余類環(huán))上的楠圓曲線E，設(shè)置V是E上階為素數(shù)q的一個點，V是 循環(huán)群<V>的生成元，P是大素數(shù)； a2.設(shè)置一個安全的輕量級對稱加密算法巧，秘密密鑰為t;同時產(chǎn)生一個輕量級數(shù)字簽 名算法的公私鑰對(巧k，rsk); a3.從Zq中隨機(jī)選取一個值Z，生成基于楠圓曲線的簽名算法的公鑰K = {q，E，V，U}，U = zV為簽名公鑰，簽名私鑰為z，Zq是模q剩余類環(huán)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于云存儲數(shù)據(jù)的批量自審計方法，其特征在于，所述步 驟b的具體方法為： 對于設(shè)每一個數(shù)據(jù)文件為巧= {./；,,，./；.;，···，瓜l·文件名稱為namei，則： 步驟bl具體為：選取隨機(jī)數(shù)ki,ieZq，分別產(chǎn)生每一個數(shù)據(jù)文件fi,i的數(shù)字簽名為： 么'=所心.0. = V..，《），其中，Wl,i = kl,iV=(山,i,vl,i)，;rl,i = 山,imodq，τl,i=(；rl, 化,i+fi,iZ)modq，定義運些簽名的集合為Ω/ =巧JkK,; 步驟b2具體為：調(diào)用一個輕量級數(shù)字簽名算法計算文件名稱namei的標(biāo)簽〇i = namei I SSig"k(namei);調(diào)用對稱加密算法將每一個數(shù)據(jù)塊fi,i加密為=而+從如誠 ?,ΙΙ句，即 將巧'二(乂,1，乂,2，···，乂,?)加醬為巧=?乂,1，乂,2，···，也）； 步驟b3具體為:云用戶發(fā)送?·?；'，Ω,，巧;給云服務(wù)器。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于云存儲數(shù)據(jù)的批量自審計方法，其特征在于，所述步 驟cl中云用戶產(chǎn)生的審計挑戰(zhàn)信息為:從{]，2，~，〇中隨機(jī)選取一個含有(3個元素的子集〔= {1ι，···，1。};對于每一個jec，用戶產(chǎn)生相應(yīng)的隨機(jī)值vj，最后云用戶發(fā)送審計挑戰(zhàn)信息 chal = {j，Vj}樹給云服務(wù)器； 則步驟c2中：云服務(wù)器計算組合信息巧最后，云服務(wù)器發(fā)送(W，T，{fih《城，{nameiK《KL)作為審計證明響應(yīng)信息給云用戶。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于云存儲數(shù)據(jù)的批量自審計方法，其特征在于，所述步 驟d的具體方法為： 驗證方程是否成立，若成立，則審計證明響應(yīng)信息有效，若不成立，則審 計證明響應(yīng)信息無效;其中
【文檔編號】H04L9/32GK105978695SQ201610286449
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月3日
【發(fā)明人】張曉均, 張新鵬, 唐亮, 何小曼
【申請人】西南石油大學(xué)