【摘 要】
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物联网每时每刻都在产生大量的数据,而资源有限的底层设备无法很好地存储和管理这些数据。随着云计算技术的不断发展和完善,云-物联网架构被提出,并受到越来越多的关注。但将数据外包到公有云中,会带来一系列的安全和隐私问题,例如非法的访问和数据泄露。传统的对称加密或公钥加密技术虽能保证数据机密性,但因数据拥有者需要对数据使用者的每次访问进行授权,因此无法实现一对多的高效数据共享。而这不仅会给数据拥有者造成巨
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物联网每时每刻都在产生大量的数据,而资源有限的底层设备无法很好地存储和管理这些数据。随着云计算技术的不断发展和完善,云-物联网架构被提出,并受到越来越多的关注。但将数据外包到公有云中,会带来一系列的安全和隐私问题,例如非法的访问和数据泄露。传统的对称加密或公钥加密技术虽能保证数据机密性,但因数据拥有者需要对数据使用者的每次访问进行授权,因此无法实现一对多的高效数据共享。而这不仅会给数据拥有者造成巨大的负担,也会增加整个系统的通信开销。属性基加密技术被认为是解决上述问题最有前景的技术之一。它不仅可以保护数据的机密性,更重要的是,它可以在数据使用者和数据拥有者不直接交互的情况下实现一对多的细粒度数据共享。在密文策略的属性基加密方案中,数据拥有者使用自定义的访问结构将数据进行加密,随后上传到云服务器进行外包存储。当且仅当某一数据使用者拥有的属性集合满足此访问结构时,该数据使用者才能正确地进行解密操作,得到对应的明文数据。虽然许多属性基加密方案已经被提出,但将属性基加密应用到云-物联网场景仍面临一些实际问题,例如,如何防止敌手从访问策略中获取用户隐私信息,如何审计和惩罚为私利泄漏密钥的合法用户,以及如何设计实现轻量级的加密算法以使其适用于资源受限的物联网设备等等。本文针对云-物联网这一特定的应用场景,提出了三个改进的属性基加密方案。(1)第一个方案是带追踪功能的外包属性基加密。当发现某个合法用户将自己的私钥泄漏给非法用户时,方案中的白盒追踪算法可以恢复出此私钥对应的用户全局身份标识;此外,为保证用户隐私,该方案实现了完全的策略隐藏,即窃听者无法在通信信道中通过访问策略获取用户隐私信息;方案通过将大量的解密计算外包给第三方服务器-云,极大减轻用户/底层设备解密所需的计算开销,因此此方案适用于特殊的物联网场景。(2)第二个方案是区块链协助的可搜索属性基加密。此方案创新性地使用一个分布式联盟区块链代替传统的集中式属性机构,其中的区块链节点通过秘密共享协议门限式生成系统参数和用户私钥。由于区块链分布式和不可伪造等优势,方案的整体安全性和鲁棒性得到很大提升;更重要的,这种密钥生成和管理方式避免了传统方案的密钥委托问题和系统单一安全漏洞问题,同时实现了高效的用户级撤销;此外,区块链还辅助用户完成搜索令牌的生成,实现了细粒度的基于关键词的搜索;与第一个方案类似,此方案也实现了外包解密。(3)第三个方案是云-雾架构下的轻量级属性基签密。签密原语可以在加密的同时实现对数据的签名,即同时保证数据机密性和可靠性。值得注意的是,此方案充分考虑了物联网这一实际应用场景,设计并实现了混合策略的签密原语,即把密文策略属性基加密和密钥策略属性基签名相结合;此外,此方案基于云-雾物联网架构,通过将加密、签名和解密外包给地理位置上更靠近底层设备的雾节点,在保证低延迟的同时实现了轻量级的属性基签密;安全性证明表明,此方案实现了适应性选择密文攻击下的密文不可区分性安全。
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