一种面向云存储的关键字密文检索方法

摘要

本发明提供一种面向云存储的关键字密文检索方法。方法中包括数据拥有者、云服务器和数据使用者三个角色。数据拥有者将加密后的文档、标题、关键字和使用数据者验证证书等保存到云服务器中；云服务器负责存储并建立好加密的文档、标题和关键字之间的对应关系，存储数据使用者的验证证书等；数据使用者访问云服务器中密文时，需要获得数据拥有者颁发的授权证书，向云服务器提供关键字陷门等信息，云服务器根据关键字陷门等信息将用户所需要的密文发送给数据使用者；数据使用者利用密钥解密密文。该一种面向云存储的关键字密文检索方法和现有技术相比，具备较高安全性，能够有效地减轻通信、存储和计算负担，提高密文检索的精度和效率。

主权项

一种面向云存储的关键字密文检索方法，其特征在于：其具体密文检索过程为：1)数据拥有者产生整个检索过程需要的初始化参数，使产生的参数确保检索的安全性：这个过程由数据拥有者DO完成，设有存储到云服务器中的文档有m个，文档集合为M，文档标题集合为T，文档关键字集合为W；DO选用对称加密算法AES‑256，并选择密钥，K_DOM、K_DOT和K_DOW，分别用于加密文档M_i∈M、标题T_i∈T和关键字W_i∈W；DO选用公开密钥算法NTRU，构造NTRU算法所需要的参数，产生密钥对(SK_DO1、PK_DO1)和(SK_DO2、PK_DO2)用于构造关键字陷门和数据使用者身份验证，DO在方法中选用单项散列函数SHA‑256算法，用H(·)表示，2)由数据拥有者将数据存储到云服务器上；在该过程中，假设DO要将文档集合U存储到云服务器CS中，DO为每个文档M_i∈M创建一个标题T_i∈T，i∈m；DO用密钥K_DOT加密H(T_i)，得到CT_i，用K_DOM加密M_i得到CM_j，分别用CT_i＝Enc(AES，K_DOT，H(T_i))⁽¹⁾，CM_i＝Enc(AES，K_DOM，M_i)表示：设DO从第i个文档和标题中取出n个关键字，W_ij表示从第i个文档M_i和标题T_i中取出的第j个关键字，i∈m：j∈n，W_ij∈W，DO用密钥K_DOW加密H(W_ij)，用CW_ij＝Enc(AES，K_DOW，H(W_ij))表示；DO将DOCS＝{CW_ij，CT_i，CM_i，PK_DO1，PK_DO2}发送给CS，令CW为加密关键字集合，CT为加密标题集合，CW为加密文档集合，则CW_ij∈CW、CT_i∈CT、CM_i∈CM，这样成完成了关键字W_ij，标题T_i和文档M_i对应的检索关系，3)数据使用者向数据拥有者提出使用数据申请，经过数据拥有者的认证，分别将授权证书和验证证书发送给数据使用者和云服务器；假设有u个DU，每个DU_v∈DU有自己的密钥对向DO发出使用数据请求信息DO收到DU_v后，给DU_v分配唯一的ID_v号，然后DO按照CID_v＝SK_DOv*r+H(ID_v)mod q进行计算，其中的r是NTRU算法加密时作为临时眩值的多项式，q为多项式或整数，DU_v的使用数据证书为DODU_v＝{CID_v，K_DOW，K_DOT，K_DOM，SK_DO2，r，q}DO用密钥PK_DUv加密DODU_v用EDODU_v＝Enc(NTRU，PK_DUvDODU_v)表示；DO将EDODU_v发送给DU_v；DU_v|收到EDODU_v后，用解密EDODU_v，还原出DODU_v；DU_v的验证证书为DOCS_v＝{H(ID_v)，PK_DOv p}，其中ρ为整数DO将DOCS_v发送给CS，v∈u；当需要提前解除DU_v使用数据权限时，只需要将的验证证书改为DOCS_v＝{error，PK_DOv p}；4)通过验证后，云服务器向合法的数据使用者提供数据，数据使用者完成数据检索过程；当DO需要使用数据时，DO的身份将自动转变成DU，假设DU向CS请求密文检索时输入n个关键字，用集合表示，根据每个关键字W_j∈W′，计算陷门TW_j，j∈n，DU用密钥K_DOW加密H(W_j)，用CW_j＝Enc(AES，K_DOW，H(W_j))表示：DU计算关键字陷门TW_j＝SK_DO2*r+CW_jmod q，DU向CS发送密文检索信息MSG_DUCS＝{CID_v，TW_j}，j∈n·v∈u，其中CID_v是DU身份信息；CS收到MSG_DUCS后，用H(ID_v)＝PK_DO1*CID_v(mod p)，v∈u，对DU身份进行验证如果不成立，用户验证失败，CS将验证error消息发送给DU，拒绝用户数据查询请求，否则CS认为DU是合法用户，并进行检索判断，其中x为不定数，x∈Z⁺，i∈m，如果判断失败，CS将检索toll消息发送给DU，如果判断成功，假设有i个满足条件，这就意味看在集合CT中有i个加密标题CT_i∈CT满足检索条件，i∈m；设满足检索条件的加密标题集合为CS将CT′发送给DU，设T′为满足检索条件的标题集合，DU用密钥K_DOT解密还原出T_i即：DU从T′中找出自己所需要的标题T_i后，用密钥K_DOT加密H(T_i)得到CT_i，用CT_i＝Enc(AES，K_DOT，H(T_i))表示，DU计算标题陷门TCT_i＝SK_DO2*r+CT_imod q，DU向CS发送密文检索信息MSG_DUCS＝{CID_v，TCT_i}；CS收到MSG_DUCS后，按照H(ID_v)＝PK_DO1*CID_v(mod p)对DU身份进行验证，其中v∈u；如果验证设有通过，CS将error消息发送给DU，否则CS认为DU是合法用户，并计算CT_i＝PK_DO2*TCT_i(mod p)，CS根据CT_i将CM_i发送给DU，DU用密钥K_DOM解密CM_i，还原出M_i，检索完成。