【摘 要】
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随着云计算和云存储的高速发展以及日渐成熟,数据存储与使用的云端化是一个必然趋势。云计算和云存储给人们带来便利的同时,也带来了一系列的数据安全问题。采用密文存储方式,即将用户的数据加密之后再上传至云端,能有效保护用户的数据安全。但是,云端存储加密数据后,服务器面临如何检索加密数据并保证用户数据安全的问题。在这种背景下,可搜索加密技术应运而生。然而,现有的并行可搜索加密方案难以兼顾搜索效率和数据安全性
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随着云计算和云存储的高速发展以及日渐成熟,数据存储与使用的云端化是一个必然趋势。云计算和云存储给人们带来便利的同时,也带来了一系列的数据安全问题。采用密文存储方式,即将用户的数据加密之后再上传至云端,能有效保护用户的数据安全。但是,云端存储加密数据后,服务器面临如何检索加密数据并保证用户数据安全的问题。在这种背景下,可搜索加密技术应运而生。然而,现有的并行可搜索加密方案难以兼顾搜索效率和数据安全性。针对此问题,论文研究兼顾安全性和高效性的并行可搜索加密方案。针对单关键字可搜索加密方案无法兼顾抵抗内部关键字猜测攻击与高效搜索问题,本文提出了一种改进型的并行可搜索加密方案,重点是把关键字和加密次数一起进行加密生成关键字密文,构建一个关键字与多个密文间的关联关系,实现并行搜索,提高搜索效率。在所提出的方案中,考虑了并行搜索线数量的选取问题,通过关键字频率向量使得服务器在搜索前就获得匹配的关键字密文数量,最优化搜索效率,避免额外的计算资源浪费。同时,根据椭圆曲线的性质,将服务器多次双线性配对运算转化为数据接收方生成陷门过程中单次双线性配对运算,进一步提高搜索效率。另外,为数据发送方增加一对公私钥,发送方用接收方的公钥加密关键字时添加自己的私钥,以便抵抗内部关键字猜测攻击。理论分析与仿真结果表明,所提方案的并行搜索时间趋于常数,且满足陷门语义安全同时能够抵抗内部关键字猜测攻击,具有高数据安全性。为了实现多关键字搜索与关键字模糊搜索的功能拓展,论文提出了一种支持多关键字模糊匹配的并行可搜索加密方案。在所提出的方案中,发送方先将关键字转化为二元语法向量,采用局部敏感哈希函数将二元语法向量映射到布隆过滤器中生成索引向量,加密索引向量以实现模糊搜索;接收方采用相同方法生成陷门向量,加密陷门向量生成陷门。为每个陷门设置一条搜索线,采用并行搜索实现多条搜索线,同时搜索各个陷门匹配的关键字密文实现多关键字搜索。服务器预处理关键字密文,并采用倒排索引方式存储关键字密文与文件编号的对应关系表以提高搜索效率和减少密文存储空间。仿真结果表明,所提方案除了能够提高搜索效率、减少密文存储空间、平衡搜索效率与计算资源外,满足陷门语义安全性和关键字密文语义安全性,能够抵抗内部关键字猜测攻击。同时,支持关键字的完全匹配与部分匹配模式的变换,满足用户的特定需求。本文提出的并行可搜索加密方案,兼顾了数据安全性与数据搜索效率,在电子病历、区块链等领域具有很高的应用价值。
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