基于区块链的可搜索加密技术及应用

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网络技术飞速发展,云计算和云存储已经成为Internet的基础服务。个人用户和企业用户愿意将自己的数据托管至云服务器存储。然而,外包给云服务器计算或者存储的数据面临着数据损毁和数据泄露的风险。用户选择对敏感数据进行加密,之后外包给云服务器,这一措施有效的保护数据隐私,但却对数据的使用造成障碍。可搜索加密技术的出现给解决这个问题提供有效途径,用户可以直接在加密数据上进行诸如搜索、计算等复杂操作。特别是在区块链技术出现后,研究人员提出一些基于区块链的可搜索加密系统和方案。这些方案试图利用智能合约的优势来实现数据所有者、数据用户以及云存储等实体之间的公平交易。利用区块链的透明性和公开可审计性约束服务器潜在的恶意行为。然而,现有方案针对恶意行为一般采取相应的抵御措施,没有惩罚措施。此外,此类方案还存在依赖于特定的结构,不具备通用性,或侧重于某一功能等不足。针对基于区块链的可搜索加密技术的不足和缺陷,本文进行了如下的研究工作:(1)提出支持数据更新和公平支付的可搜索加密。对现有方案进行分析,把区块链技术和可搜索加密技术相结合,提出区块链上基于树型索引结构的可搜索加密方案。针对恶意服务器,利用区块链的可追溯性和不可篡改性防止恶意服务器返回错误的结果,并设计智能合约来保证交易公平性。构建安全索引时使用树型索引结构,与其它索引结构相比,树型索引结构在提升检索效率,实现次线性搜索时间复杂度的同时,还能够实现文档数据的有效更新。本文对方案进行安全性分析,结果表明方案满足IND-CKA安全性。与同类方案相比,本文方案在效率方面具有一定的综合优势。(2)提出用于电子健康记录共享的结果可验证的可搜索加密方案。在分析现有方案的基础上,结合区块链技术、智能合约等基础工具提出可验证可搜索加密方案。方案在实现多关键字搜索的同时,还能实现数据的有效更新。方案利用RSA累加器设计智能合约来实现文件完整性的验证,验证通过之后,参与交易的双方才可以实现公平交易。用户获得正确的搜索结果,服务器获得相应的费用。方案应用在电子健康记录共享时可以有效地保障数据的安全存储和高效共享。安全性分析表明本文的方案实现了非适应性语义安全。性能分析表明,本文方案是有效可行的。
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