数据外包存储是云平台为网络用户提供的一种便捷的数据管理服务,具有数据存取灵活、存储空间可弹性化配置等优点。为了缓解本地存储带来的数据维护压力,用户乐于将个人数据外包到云服务器上存储。然而,数据外包意味着用户失去对个人数据的物理控制权。在这种情况下,需要执行数据的完整性审计来判断外包数据在不可信的云服务器上是否完整地存储。用户或第三方审计者周期性地向云服务器发送挑战消息,然后验证云服务器反馈的数据完整性证明信息。此外,在数据外包存储期间,用户还需要确保数据的可用性。即通过与云服务器的交互,用户能完成对外包数据的动态更新、关键词检索和安全访问等操作。在上述数据外包存储的背景下,本论文对云环境中外包数据的完整性审计、远程更新、多关键词检索和安全访问进行了研究。具体包括以下内容:1.云存储中数据的公共审计与更新研究(1)提出了一个轻量级的公共审计方案LPASS。首先分析了现有公共审计方案存在计算开销大的问题,接着讨论了公共审计技术无法提供远程可信审计的现状。然后,结合软件保护扩展(SGX)和智能合约技术构造了LPASS。它保证了审计的可靠性和云存储的公平支付。SGX中的飞地作为第三方为审计程序提供了可信的硬件环境,使得用户不再依赖外部审计者执行公共审计。审计采用基于Merkle哈希树(MHT)的验证方法,降低了审计的计算开销和存储空间。最后,实现了LPASS中的审计程序和智能合约,并证明了方案的安全性和高效性。(2)提出了一个基于联盟链的支持数据更新的公共审计方案DPCU。该部分首先指出了现有数据外包系统缺乏问责机制,接着分析了数据外包市场不能进行统一有效管理的现状。然后,结合数据完整性审计技术和联盟链构建了数据外包应用系统POT,其中DPCU为系统提供了数据的完整性保证和更新功能。在POT中,参与者实时生成交易来记录对外包数据的操作,并构建了联盟链来统一地管理数据外包市场的交易。这为数据外包系统建立问责机制奠定了基础,有助于提高数据外包市场的透明性和可信度。(3)提出了一个抵抗恶意审计者的公共审计方案IBPA。首先分析了现有公共审计方案中恶意审计者的合谋或延时审计等攻击行为。然后,结合区块链技术构造了外包数据的公共审计方案IBPA。它为审计的准确性和可追溯性提供了保障。IBPA要求审计者根据比特币系统中的随机数来选择挑战块,并将审计结果写入区块链。最后,证明了该方案在随机预言模型下是安全的,且有良好的执行效率。2.分布式云存储中数据的私有审计与检索研究提出了一个基于智能合约的支持多关键词检索的私有审计方案DStore~*。首先分析了单一云平台提供的外包存储服务存在单点失效问题,接着讨论了外包数据的加密处理增大了数据检索难度这一现状。然后,基于对等网络构建了分布式云存储中数据的私有审计和检索方案DStore~*。它为数据拥有者提供了灵活且低成本的数据外包模式。DStore~*采用加盐挑战的完整性审计方式,极大的降低了计算开销。即将计算开销从公钥密码算法量级降低到了哈希运算量级。最后,证明了该方案能抵抗数据存储端仅存储数据的哈希值来欺骗数据拥有者。3.云存储中隐私数据的安全访问研究提出了一个基于私有链的隐私数据安全访问方案PBAC。以智能家居环境为背景,该方案首先分析了系统中存在的诸多安全问题,如非法访问、访问记录的篡改、访问记录中时间敏感性的缺失。然后,结合访问控制和区块链技术构造了数据安全访问方案PBAC。它为外部访问者提供了访问控制和访问(数据和时间)记录。在PBAC中,家居管理员和访问者在交互过程中生成与访问相关的签密消息,并将其写入私有链。这增强了智能家居系统中访问行为的可监管性,同时提供了家居系统向访问者追责的证据。