对公钥可搜索加密中内部关键词猜测攻击的研究

近年来,随着云计算技术的发展和数据隐私保护的要求不断提高,密码学作为保护信息安全的一种必要手段,在生活中应用得越来越广泛。其中可搜索加密技术广受青睐,因为它不仅能够保护用户数据的隐私性,而且还可以实现用户对加密数据进行关键词搜索的功能。后续的很多研究者丰富了可搜索加密的功能和性质,但是也还存在着关键词攻击等问题亟待解决。因为敌手一旦获得了关键词就会威胁到密文数据文件的安全,而且也可能泄露数据接收者的搜索偏好和个人身份等隐私信息,所以解决关键词猜测攻击问题是非常有意义而且十分重要的。目前对于抵抗外部敌手的离线关键词猜测攻击的研究已经日渐成熟,但是对于抵抗内部敌手的离线关键词猜测攻击还有待进一步深化完善。本文阐述了内部关键词猜测攻击的机理,指出敌手可以进行内部关键词猜测攻击的主要原因在于云服务器可以得到关键词密文和陷门信息,并且可以自由地做关键词密文和陷门信息的匹配测试。然后梳理了近年来抗内部关键词猜测攻击的常见解决方案,主要包括使用双服务器模型、认证服务器模型、见证关键词模型、指定发送者模型、模糊关键词模型等五类解决方案,并深入总结和比较了五类方案,归纳出了解决内部关键词猜测攻击的一般思路,并指出未来抵抗内部关键词猜测攻击将会成为公钥可搜索加密方案的一种基本属性,要解决内部关键词猜测攻击就必须从服务器可以生成密文、获取陷门和独立运行测试算法三个方面入手,最后提出了现阶段内部关键词猜测攻击需要解决的问题以及未来的三个研究思路,能够为进一步解决公钥可搜索加密中的内部关键词猜测攻击问题有所帮助,使得公钥可搜索协议真正为实际所用。

可撤销的多关键字公钥可搜索加密方案

在云计算应用中,为保证隐私数据安全,用户需要将数据在本地加密后再上传至云服务器。可搜索加密技术允许用户直接检索服务器上的加密数据,获得检索权限的用户往往可以无限制地检索密文。在现实应用中,用户密钥的丢失及恶意攻击容易对隐私数据产生安全威胁,用户不应该持续保持对数据的检索能力。为此,提出了一个支持用户检索权限撤销的公钥可搜索加密方案。将系统的整个生命周期划分为不同时段,下个时段的密文由上个时段的密文进化而来,通过密文进化及时间密钥的分发控制实现用户权限的撤销。方案在支持多关键字检索的同时降低方案的计算开销,并且撤销用户对此前时刻所有密文的检索能力,保证密文的前向安全性。

基于格的可搜索公钥加密研究进展

随着数据的爆发式增长和云计算的快速发展,用户对数据安全共享和查询的需求逐渐增加。可搜索公钥加密技术允许资源受限的用户高效地搜索云服务器中存储的加密数据,为云数据安全查询问题提供了一种有效的解决方法。然而随着量子时代的到来,现有密码体制面临巨大的冲击,格密码由于具有可归约到最坏情况困难假设、抗量子攻击、安全性高等优势受到广泛关注。文章从安全性、功能性角度对基于格的可搜索公钥加密技术的研究进展进行综述,首先概述了基于格理论的公钥密码研究进展,介绍了可搜索公钥加密的定义及安全模型。然后重点分析现有格上可搜索公钥加密方案,以攻击手段为出发点对方案的安全性研究进行分析,从通信开销和计算复杂度两方面对方案的算法效率进行对比。最后总结了格上可搜索公钥加密技术的应用场景和未来研究趋势。

云环境中抵御内部关键字猜测攻击的快速公钥可搜索加密方案

随着云计算的发展,以密文检索为核心的安全和搜索性能问题成为研究的重点。在传统的加密方案中,大多只解决了抵御外部关键字猜测攻击问题,往往忽视了诚实且好奇的云服务器问题。为了提高密文安全性,该文提出快速搜索的抵御内部关键字攻击方案。首先,引入高效的加密倒排索引结构的公钥密文搜索方案,实现关键字的并行搜索任务。其次,在构建密文倒排索引时加入数据拥有者的私钥抵御恶意云服务器的关键字攻击。与传统的公钥可搜索加密相比,该方案在很大程度上增强了搜索系统的安全性和搜索效率。

一个具有前向安全和后向安全的可验证多关键字可搜索加密方案

随着现代社会软硬件技术的快速发展,云计算技术对于客户端的数据存储和计算提供了巨大的帮助,为用户节省了大量成本.而在存储的同时,用户可以通过可搜索加密(SE,Searchable Encryption)技术,对存储数据进行加密搜索,同时确保数据的安全性和搜索隐私性.本方案使用公钥加密实现了数据拥有者和数据使用者之间的多关键字可搜索加密,数据使用者搜索时以出现频率最少的关键字作为主关键字进行加密搜索,并且云服务器对每个索引密文只需要一次计算即可得到准确的多关键字搜索结果,最大程度降低了无关文件的访问,节约了大量时间成本.而在存储和搜索过程中,我们认为云服务器是诚实且好奇的系统,它会诚实地为用户存储数据,并正确执行存储和计算过程,但是其会对存储的数据产生好奇感,即窥探用户的数据,并且对每次的搜索结果很感兴趣.为减少多关键字可搜索加密方案的信息泄露,提高安全性,提出的方案具有前向安全和后向安全的特性,在动态更新时为每次更新的状态创建一种隐式结构,使得云服务器只需要保存最新一次的更新状态就能保证对所有数据进行搜索,并且每个更新状态只保存前一次更新状态的信息,实现了前向安全性;通过将每次对文件的更新操作以密文方式存储,使服务器无法分辨插入和删除的文件,确保了方案的后向安全性.在可搜索加密过程中,云服务器可能会因为需要减少算力和带宽消耗而返回不完整的密文,所以需要对云服务器返回密文的完整性进行验证,相对于传统方案中使用第三方可信机构进行密文完整性的验证,本方案采用区块链中的智能合约进行验证.当搜索结束时为了确保密文的完整性,要求云服务器将密文及认证签名发送至智能合约触发验证算法进行完整性验证.根据安全性分析,本文方案可以抵抗关键字猜测攻击,在搜索过程中的信息泄露方面实现了前向安全,并且比同类方案增加了搜索模式的安全以及更高类型的后向安全,减少了搜索时向服务器的信息泄露,安全性更符合现代可搜索加密要求.效率方面,本文方案在陷门生成阶段和搜索阶段相较于同类方案减少大量计算,效率提高显著,最后使用5000条数据进行实验分析,根据实验表明,本方案的可搜索加密方案比同类方案更加高效和实用.

可撤销的无需安全信道带关键字搜索公钥加密方案

通常的密码系统IBE或者PKI都必须提供从系统中撤销用户私钥的途径,同样PEKS也应该提供撤销陷门的方式.笔者构造了1个可高效撤销的无需安全信道带关键字搜索公钥加密方案.在该方案中,实际更新的数量仅为关键字陷门数量的对数级,这使得它非常实用.

支持多关键字的可搜索公钥加密方案

为了提升可搜索公钥加密方案中服务器端关键字的搜索效率,提出了基于拉格朗日多项式的互逆映射构造方法和支持多关键字的可搜索加密公钥方案.该方案中,每组关键字对应一对互逆映射,发送者将该组关键字密文的变换结果输出给服务器,接收者向服务器发送陷门,只有当陷门关键字属于该组关键字时,服务器才能还原出陷门关键字的密文以进行匹配计算,仅需一次双线性对计算即可搜索多个关键字.该方案在标准模型中是语义安全的,关键字匹配效率较高且没有限制条件.

基于模糊关键字搜索的无安全信道公钥加密

自从20世纪70年代公钥密码被提出后,公钥加密方案得到快速的发展。不同的加密方案应用的场景也有不同。基于Li的带关键字搜索加密方案[21]提出一种新的公钥加密方案,结合模糊身份加密的思想,构造了完善的且提供关键字搜索的加解密方案。该方案的主要应用场景是分布式系统关键字搜索的加解密。对此方案进行了安全性分析和概率分析。

基于云计算平台的信息公钥可搜索加密仿真

在云计算网络信息的加密过程中,其安全参数的初始化易被忽略,导致加密后文件的搜索难度较大。为此提出基于云计算平台的信息公钥可搜索加密方法。构建关键词搜索的双线性映射关系,利用信息公钥生成中心、信息持有者、信息使用者和云服务器终端构成系统模型。经过安全参数初始化,获得抗碰撞特性的哈希函数。计算用户身份标识安全公钥,利用对称加密安全密钥加密明文,生成加密文件关键词和安全陷门信息、加密数据文件和关键词搜索解密。仿真结果证明,所提方法的加密耗时较短,且安全陷门生成时间更短,通信成本低,说明所提方法的可适用性更强。

结合公钥加密和关键字可搜索加密的加密方案

带关键字搜索的公钥加密(PEKS)是一种有用的加密原语,它允许用户将在加密数据上搜索的功能委托给不可信的第三方服务器,而不影响原始数据的安全性和隐私性。但是,由于缺乏对于数据的加密以及解密能力,PEKS方案不能单独进行使用,必须与标准的公钥加密方案(PKE)相结合。因此,Baek等人在2006年引入了一种新的加密原语,称为结合PKE和PEKS的加密方案(PKE+PEKS),它同时提供了PKE和PEKS的功能。目前,已有文献提出了几种PKE+PEKS方案。然而,他们都没有考虑关键字猜测攻击的问题。本文提出一个新的高效且能够抵抗关键字猜测攻击的PKE+PEKS方案,与已有方案相比,该方案在性能上有很大的提升,并且在生成关键字和数据密文时,不需要使用双线性对,极大地降低了计算和存储成本。安全性分析表明,本文中所提出的方案能够满足密文隐私安全性、陷门不可区分性和抗关键字猜测攻击的安全性。效率分析表明,本分提出的方案更加高效。

云存储的多关键字公钥加密搜索

解决数据隐私保护问题,最常见的是对用户数据进行加密,然后对加密信息进行检索。关键字公钥加密搜索方案较好地解决了关键字加密搜索问题,然而在多关键字的情况下,现有的方案不能很好地解决问题,文中提出一种多关键字公钥加密搜索方案,通过对关键字加密,采用矩阵运算完成密文关键字匹配、搜索。

云存储中一种模糊关键字搜索加密方案

在使用云存储服务的过程中,用户自己的利益可能会受到损害。因为在对云平台数据进行维护和管理时,可能会破坏用户数据的机密性和完整性。解决这个问题的一般方法是加密用户的数据文件,然后搜索特定的关键字来返回用户需要的文件,这样服务器就不能从中得到任何信息。虽然已经有了很多公钥加密搜索的方案,但是大多数的公钥加密搜索方案只支持精确关键字的搜索,当搜索的关键字稍有偏差时,这些方案就会失去作用,这个明显的缺点将严重影响服务器存储搜索的有效性。针对这一问题,文章提出了一种有效的解决方案,这很大程度上增强了搜索系统的可用性。文中也给出了方案相应的安全性证明,能成功抵抗关键字选择攻击。

基于SM9的公钥可搜索加密方案

云存储技术因其使用便捷、性价比高等优势得以迅速发展,越来越多用户将个人数据外包至第三方云服务器存储。虽然数据加密存储可有效保护数据安全和用户隐私,但传统的对称/非对称加密技术会影响数据检索和使用。可搜索加密是一种特殊的加密技术,一经提出便备受关注,在保障数据机密性的同时可提供数据检索功能。目前,国内外学者提出了大量可搜索加密方案,但现有方案都基于国外密码算法设计,尚未见基于国产商用密码算法的可搜索加密方案在国内外刊物上公开发表,不符合我国密码核心技术自主可控的要求。为了丰富国产商用密码算法在可搜索加密方面的研究,满足云存储领域的数据安全检索需求,本文以SM9标识加密算法为基础,构造了一种公钥可搜索加密方案(SM9-PEKS)。在q-ABDHE安全假设和随机谕言模型下,本文首先证明SM9标识加密算法的匿名性,进而证明SM9-PEKS方案的安全性。理论分析和编程实现结果表明,与常用经典的公钥可搜索加密方案相比,本文方案在增加64字节通信代价的情况下,可至少降低31.31%的计算开销。最后,提出了未来可能的研究方向。

有效的带关键字搜索的代理重加密方案

2010年,Shao等人首次引入带关键字搜索的代理重加密(proxy re-encryption with keyword search,PRES)的概念,而且构造出1个在随机预言模型下可证明安全的双向PRES方案,同时该作者提出一个公开问题:怎么构造有效的在标准模型下可证明安全的PRES方案.针对这一公开问题,给出了指定检验者的具有关键字搜索性质的代理重加密(proxy re-encryption with keyword search with a designated tester,dPRES)的定义和安全模型,且构造出1个在适应性合谋模型下可证明具有抵制适应性选择关键字攻击和适应性选择密文攻击安全性的dPRES方案,而且所构造方案在标准模型下可证明安全.所构造的方案有以下3个优点:首先,当用户传递给指定检验者关键字的陷门时,不使用安全信道;第二,能够抵制关键字离线猜测攻击;第三,本方案不使用强不可伪造一次性签名方案,从而使得该方案更加有效.

可搜索加密的安全性研究进展

可搜索加密是一种在云计算和大数据环境下解决数据安全和隐私保护问题的关键技术,其允许用户在不解密的情况下,对加密数据进行安全搜索。然而,近年来针对可搜索加密的攻击研究层出不穷且破坏了安全搜索的功能。为了深入理解可搜索加密的安全性,对可搜索加密的安全性研究进展进行梳理和探讨。可搜索加密主要分为公钥可搜索加密和对称可搜索加密。首先介绍了公钥可搜索加密的概念,现有公钥可搜索加密方案面临着用户隐私、关键词猜测攻击和密文关键词等值测试等严峻的挑战,并给出具体的解决思路与方法。进一步阐述了对称可搜索加密的安全模型,对称可搜索加密方案的攻击方法和防御方法。最后,讨论了可搜索加密需进一步研究的问题和未来发展方向。

可证明安全的基于SGX的公钥认证可搜索加密方案

公钥可搜索加密(public key encryption with keyword search,PEKS)技术使用户能够搜索存储在不可信云服务器上的加密数据,这对于数据隐私保护具有重要意义,也因此受到了广泛关注.公钥认证可搜索加密要求数据发送方使用接收方的公钥对关键词进行加密,同时还使用其自身私钥对关键词进行认证,使得敌手无法构造关键词密文,从而抵抗公钥可搜索加密面临的关键词猜测攻击(keyword guessing attack,KGA).提出了一个可证明安全的基于软件防护扩展(software guard extensions,SGX)的公钥认证可搜索加密(public key authenticated encryption with keyword search,PAEKS)方案,通过在云服务器上建立一个可信区并运行一个执行关键词匹配的飞地程序来完成对密文数据的搜索.正式的安全性证明显示方案具备密文不可区分性和陷门不可区分性,即可抵抗关键词猜测攻击.进一步地,给出搜索模式隐私性的定义,确保敌手无法仅通过陷门来判断2次搜索是否针对同一关键词,从而避免向外部敌手泄露部分隐私.此外,所提方案具有易扩展的优势,很容易被扩展为支持复杂搜索功能或者具备其他增强隐私保护性质的方案,如前向安全.作为示例,给出了多关键词搜索、搜索能力分享这2个功能扩展方案以及具备前向安全性的扩展方案的简单介绍.真实环境中的实验表明,与其他对比方案相比,所提方案在效率上同样具有出色的表现.

一类新的多关键字检索的公钥加密方案

针对带关键字检索的公钥加密体制中多关键字间的关系,分析了Joonsang Baek方案在安全性和可用性方面的缺陷,结合拉格朗日插值多项式,提出一种多关键字检索的公钥加密方案。该方案实现了从大量加密数据中选出部分数据进行优先处理,且方案只生成一个陷门信息,效率得到了提升。

指定服务器的基于身份加密连接关键字搜索方案

公钥加密关键字搜索(PEKS)允许用户发送关键字陷门给服务器,服务器可以通过陷门定位到包含用户搜索的关键字的密文。为了消除已有基于身份加密的关键字搜索(IBEKS)方案中服务器和接收者之间的安全信道,Wu等人提出了一种指定服务器基于身份加密的关键字搜索(dIBEKS)方案。可是,Wu等人提出的dIBEKS方案不满足密文不可区分性。为了克服Wu等人方案的不足,本文提出一种指定服务器基于身份加密的多关键字搜索方案。安全性分析表明,本文所提方案同时满足了密文不可区分、陷门不可区分和离线关键字猜测攻击的安全性。效率分析显示,本文的方案更高效。

基于区块链的多关键字细粒度可搜索加密方案

密文策略下基于属性的关键字搜索(CP-ABKS)技术可以对加密的数据实现细粒度控制和检索。现有CP-ABKS方案较少考虑云服务器的恶意行为和搜索过程的公平支付,且通常只支持单关键字密文检索。对此,文章提出基于区块链的多关键字细粒度可搜索加密方案。利用密文策略下基于属性的加密技术满足多用户检索,实现了细粒度访问控制和访问策略隐藏。结合区块链技术避免了恶意云服务器对索引的篡改,使用智能合约保障了用户和数据拥有者之间的公平支付。此外,文章方案还实现了多关键字检索,且无需第三方验证实体就可以保证用户得到正确的检索结果。安全性分析表明文中方案能够保证关键字和访问策略的不可区分性,并通过性能评估验证了该方案在保证效率的同时具有更优的功能。

支持关键字搜索的无证书密文等值测试加密方案

公钥加密等值测试(PKEET)可以实现云环境下不同公钥加密数据之间的密文等值比较,即不对密文解密的情况下测试两个密文对应的明文是否一致。但是,密文等值测试加密不提供关键字密文搜索功能。已有密文等值测试加密方案直接以消息生成陷门作为等值测试的凭证,测试的准确度不高,搜索效率较低。针对此问题,该文首先提出了支持关键字搜索的无证书密文等值测试加密(CLEETS)方案。方案通过关键字检索判断是否包含自己需要的信息,根据判断结果选择执行等值测试,从而避免无效测试。然后,在随机预言机模型下证明该方案满足适应性选择关键词不可区分性。最后,对方案进行功能和效率对比。对比结果表明,该文方案的计算代价略高,但是方案在密文等值测试加密中实现了关键字的检索功能,弥补了效率低的不足。