多云环境下可验证安全搜索研究

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随着云计算的快速发展,市面上已经出现了数百个不同规模的云服务提供商。由于单云服务存在因单点故障导致可靠性降低等问题,一种被称为“多云”(“multicloud”,“intercloud”,“cloud-of-clouds”)的计算模型开始受到研究和关注。尽管这种多云模型能够给用户带来更可靠的数据存储和计算服务,但也带来了更加复杂的外包数据隐私保护问题。多云中的部分云服务器可能是不诚实的,并且这些云服务器还可能串谋起来获取用户的隐私信息。考虑到多云模型中的这两个特点,现有的研究工作主要存在两点不足。其一是对于文件分发,缺乏考虑多云可能存在串谋。其二是对于文件搜索,存在效率不高和不支持查询结果完整性验证的问题。因此,如何设计一个多云环境下的可验证安全搜索方案仍然是一个具有挑战性的问题。本文围绕多云环境下的文件分发、安全搜索和查询结果验证展开研究,主要研究工作包括以下两个方面:(1)为了保护多云环境下的数据隐私与可用性,本文提出了一种安全可靠的文件分发方案。为了确保文件的安全性,提出了一种迭代加密方法,不但能够有效抵御部分云服务器发起的串谋攻击,还能够增强密钥泄露情况下文件的安全性。考虑到云服务器可能出现单点故障的问题,引入RS纠删码生成冗余文件片,并对文件做了随机化处理以消除文件长度引发的关联性问题。此外,针对文件可能被不诚实云服务器篡改的问题,提出了一种高效的文件真实性检查方法。通过将文件的摘要信息嵌入文件名中,该方法不仅实现了文件真实性检查,还消除了不同云服务器上文件名的关联性。(2)为了实现多云环境下的查询隐私保护、查询效率提升和查询结果完整性验证,本文在文件分发方案的基础上提出了一种安全可验证的文件搜索方案。为了实现多云环境下的安全关键字搜索,为每个云服务器构建了一个基于布鲁姆过滤器的树索引结构。为了验证查询结果的完整性,提出了一种适用于多云模型的轻量级查询完整性验证方案,以较小的计算和通信开销来检测云服务器的不诚实行为。此外,还对安全搜索协议和查询完整性验证方案进行了详细的安全性分析。最后,对上述提出的两种方案进行了大量的仿真实验和性能分析。实验结果表明,本文提出的方案在确保数据隐私、查询隐私和查询结果可验证性的同时,实现了较低的时间开销。
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