关于具有可验证功能的关键词加密搜索的研究

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由于云存储(Cloud storage)能够提供海量存储、按需付费和异地存取等服务,越来越多的企业和个人为减少本地存储、管理等开销,将存储任务外包给云服务器。但若数据库遭到入侵或设备出现故障,存储的数据可能因此泄漏。关键词加密搜索技术可以保护数据隐私,并且支持服务器在加密的数据上进行有效的搜索,该技术也称可搜索加密(Searchable Encryption,SE)。但恶意的服务器为了减少计算开销和通信成本,可能只返回部分的搜索结果或错误的结果。本文重点研究具有可验证功能的关键词加密搜索,并提出了以下两个方案:(1)可验证的通配符关键词加密搜索方案:通配符关键词加密搜索技术支持服务器在用户提供不完整的关键词的情况下也能进行有效的搜索。在恶意敌手模型下,用户必须对返回的密文文件的正确性和完整性加以验证。由于搜索关键词缺失部分字符,无法直接应用精确关键词加密搜索的验证机制,并且通配符关键词搜索是实现一对多的匹配,所以匹配结果的完整性验证是设计验证算法的难点。为了易于理解,本文首先提出了可验证的通配符关键词加密搜索的基础方案,用户能够通过服务器返回的累加向量以及加密关键词的数量验证结果的完整性。但基础方案容易发生关联攻击,隐藏索引方案采用轻量级的对称隐藏向量加密方案对特征向量加密从而保证了数据的隐私性。并且通过改变提取特征方法能将其扩展到支持多字符通配符关键词搜索。(2)基于平衡二叉树(AVL Tree)的可验证关键词加密搜索方案:为了提高搜索效率,关键词加密搜索方案可将关键词标签分块存储在前缀树中生成索引。但在这种情况下,索引存在退化成线性链表的可能。为了在保持搜索效率的情况下解决这个问题,本文提出了一个基于AVL树的关键词加密方案。AVL树是高度自平衡的树,在搜索上避免了退化成链表的可能。又因AVL树是搜索二叉树的一种,能够保持O(log m)的搜索复杂度(m为关键词的数量)。通过完整的关键词标签生成AVL树,使得树的节点数量等于关键词的数量,也只相当于前缀树的叶子节点数量。为了验证搜索结果的正确性和完整性,树的每个节点存储对应关键词的文件信息,每个叶子节点和只有一个子节点的节点还需额外存储该节点的搜索路径以及该路径的哈希值。本方案为了避免替换攻击,将文件标识符与文件绑定,使得只有用户拥有辅助密钥和正确的文件标识符时,才能对文件解密。综上所述,本文系统研究了具有可验证功能的关键词加密搜索技术,并提出了两个具体方案,对关键词加密搜索技术在功能和性能方面的发展有着重要的理论和实际意义。
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