基于区块链的可搜索加密技术研究

来源 :曲阜师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenyikg21
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随着云服务器的普及,存储资源有限的用户可以将大量的数据存储到云服务器。然而,云服务器是中心化的设备,将数据存储到云服务器之后,数据拥有者失去了对数据的控制权限,因此,为了保证数据安全,在上传之前需要对数据加密。加密之后,对数据的搜索成为一个问题,而可搜索加密技术(Searchable Encryption,SE)可以解决这个问题。目前,大多数可搜索加密方案是与云服务器相结合的,而基于云服务器的可搜索加密存在很多弊端。区块链是一种去中心化的共享账本,可以解决中心化的云服务器存在的问题。但是,目前基于区块链的可搜索加密方案存在搜索效率低、计算量大、参与者互相不信任等问题,因此需要设计具有高搜索效率、轻量级、支持公平支付等优点的可搜索加密方案。为了解决上述问题,本文在传统的可搜索加密的基础上结合了区块链,利用密码学等相关技术提出了新的基于区块链的可搜索加密方案,具体研究内容如下:(1)针对区块链上数据搜索效率低的问题,提出了一种区块链上基于关键字完全二叉树的可搜索加密方案(Keyword Complete Binary Tree Searchable Encryption Scheme using Blockchain,KCB-BC-SE)。将关键字完全二叉树引入到了区块链上的可搜索加密方案中,利用关键字完全二叉树构建索引结构,这样可以有效地提高数据搜索效率。通过触发区块链上的智能合约,可以对数据进行搜索,从而实现了数据共享。根据数据的大小,KCB-BC-SE分为轻量级数据的KCB-BC-SE方案(KCB-BC-SE scheme for Lightweight Data,KCBC-SE-LD)和大数据的KCB-BC-SE方案(KCB-BC-SE scheme for Big Data,KCBC-SE-BD)。KCB-BC-SE方案在选择关键字攻击下是不可区分安全的。通过理论分析与仿真结果验证,该方案提高了区块链上可搜索加密方案的搜索效率。(2)针对可搜索加密中的公平支付、数据安全问题,提出了一种基于区块链的多用户可验证无记忆关键字搜索方案(Blockchain-based Multi-user Verifiable Oblivious Keyword Search,BC-MVOKS)。为了改进传统的无记忆关键字搜索方案,BC-MVOKS方案支持连接关键字搜索。目前的无记忆关键字搜索方案仅支持单关键字的用户认证,因此该方案实现了多关键字用户认证。此外,该方案利用区块链实现了公平支付,解决了参与者之间的信任问题。针对区块链上可搜索加密方案的参与者计算量大的问题,在方案BC-MVOKS的基础上提出了一种轻量级的支持多关键字搜索的方案(Lightweight Multi-keyword search BC-MVOKS scheme,LM-BC-MVOKS)。该方案利用多项式构建索引结构,且基于密码学知识和多项式索引结构可以实现多关键字搜索。经过计算量分析表明,LM-BC-MVOKS方案的计算量小于其他可搜索加密方案的计算量,进一步降低了数据拥有者和数据用户的计算负担。仿真结果表明,该方案缩短了首次验证用户的时间,且利用区块链完善了无记忆关键字搜索方案。
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