CN108632023A - 一种支持非单调访问结构的密文长度固定的属性基可搜索加密方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了支持非单调访问结构的密文长度固定的属性基可搜索加密方法。该方法具有以下优点：(1)支持非单调的访问结构。与单调的防问结构相比较，非单调的访问结构能够表达更为灵活的访问策略。(2)该加密方法在索引加密阶段的计算成本是固定的，同时产生的可搜索密文的长度是固定的。(3)该加密方法在陷门产生阶段产生的陷门的长度是固定的。(4)该加密方法在检测阶段的计算成本是固定的。(5)该加密方法支持有效的属性撤销。本发明提出的支持非单调访问结构的密文长度固定的属性基可搜索加密方法在支持较为灵活的访问结构的同时，较大程度地降低了属性基可搜索加密方案的计算成本和通信成本。因此，该加密方法更加适用于存储空间和计算能力受限的移动设施，如智能手机、IPad。

Description

一种支持非单调访问结构的密文长度固定的属性基可搜索加 密方法

技术领域

本发明属于计算机安全领域，具体涉及一种支持非单调访问结构的密文长度固定的属性基可搜索加密方法。

背景技术

在云计算环境中，为了保护数据的机密性，用户通常会先将数据加密得到密文，然后将密文存储在云服务器中。因为云计算中用户会产生大量的数据，所以用户能否对存储在云服务器中的密文进行有效的搜索是非常重要的问题。

可搜索公钥加密机制给出了上述问题的解决思路。在一个可搜索公钥加密方案中，用户可以通过一个中心机构来检测一个密文中是否包含制定的关键词而不会泄露明文的任何信息。然而，传统的可搜索公钥加密机制只适合数据所有者与用户之间“一对一”的共享数据，并不适用云计算中多数据所有者、多用户的场景。为了解决上述问题，属性基可搜索加密机制被提出。在一个属性基可搜索加密方案中，数据所有者通过定义访问结构中的属性集，然后在该访问结构下加密关键词。用户能够为指定的关键词产生陷门并授权云服务器进行搜索当且仅当其拥有的属性满足该访问结构。属性基可搜索加密因其实现了灵活的访问结构，所以更加适用于多数据所有者、多用户的云计算环境。

然而，现有的属性基可搜索加密方案中计算成本和通信成本与所需属性个数成线性关系。此外，现有的属性基可搜索加密方案多使用单调的访问结构，用户拥有访问结构中要求的属性(积极属性)就可以为指定关键词产生陷门。然而，在实际中，用户的属性通常分为两种：积极属性和消极属性。积极属性指用户一定具有属性；消极属性指用户一定不具有的属性。因此，支持非单调访问结构的密文长度固定的属性基可搜索加密方案具有实际意义。

发明内容

本发明提出了一个支持非单调访问结构的密文长度固定的属性基可搜索加密系统。该系统不仅支持较为灵活的多值与门结构，而且较大程度地降低了属性基可搜索加密的计算成本和通信成本。

本发明通过以下技术实现：

(1)系统建立阶段：假设总属性集中的属性个数为n。中心机构根据安全参数和总属性个数产生公共参数和主密钥：params和MSK：

Setup(1^l，n)→(params，MSK)，

中心机构设置系统初始版本号ver为1；

(2)密钥产生阶段：假设用户U拥有的属性为S_U，中心机构根据其属性为其产生私钥：

KG(params，MSK，S_U)→SK_U；

(3)索引加密阶段：为了加密一个关键词w，数据所有者首先定义一个非单调访问结构A，然后在该访问结构下加密关键词w得到可搜索密文：

Enc(params，A，w)→CT；

(4)陷门产生阶段：合法用户可以利用持有的私钥SK_U为指定的关键词w产生陷门：

TP(params，SK_U，w)→T_w；

(5)检测阶段：云服务器在收到用户发送的陷门后，在存储的密文中进行搜索：

Test(CT，T_w)→{1，0}

若输出结果为1，表示T_w是一个有效的陷门；若输出结果为0，表示失败；

(6)密钥重新产生阶段：当属性发生改变时，假设需要被更新的属性集为Ψ。中心机构产生新的公共参数params′和更新密钥(RK₁，RK₂)。其中，RK₁用于重加密可搜索密文，RK₂用于更新合法用户的私钥：

Re-KG(params，MSK，Ψ)→(RK₁，RK₂，params′)，

每一次公共参数更新，系统版本号ver加1；

(7)索引重加密阶段：云服务器在收到中心机构发送的更新密钥RK₁后，进行索引重加密获得新的可搜索密文：

Re-Enc(params′，CT，RK₁，Ψ)→CT′；

(8)密钥更新阶段：合法用户在收到中心机构发送的更新密钥RK₂后，自行更新其持有的私钥：

Update-Key(params′，SK_U，RK₂，Ψ)→SK′_U。

步骤(3)特征在于支持非单调的访问结构。

步骤(5)特征在于，云服务器只能够检测用户发送的陷门是否与存储的可搜索密文是否匹配而不会泄露任何关于明文的信息；该属性基可搜索加密方法支持有效的属性撤销。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)索引加密阶段和检测阶段的计算成本是固定的；

(2)产生的可搜索密文的长度和为指定关键词产生的陷门的长度是固定的；

附图说明

图1为本发明的流程框架图。

具体实施方式

以下结合附图1，对本发明做进一步说明。

本发明系统包括如下8个阶段：

(1)系统建立阶段：中心机构输入安全参数1^l和总属性集中的属性数目n，运行双线性群产生算法BG(1^l)→(e，p，G，G_τ)得到一个双线性群。假设g和h为群G的生成元，H：{0，1}^*→Z_p为一个抗碰撞的哈希函数。中心机构随机选取随机参数和并计算和其中k＝1，2，…，2n。中心机构设置初始版本号ver＝1。

系统的公共参数为主密钥为

(2)密钥产生阶段：当拥有的属性集为S_U的用户U加入系统时，中心机构随机选取随机参数并计算a_U＝g^α和

其中，表示S_U中的属性的索引的集合。

用户U的私钥为

(3)索引加密阶段：令I为用于加密关键词w的属性的索引的集合。数据所有者选取非单调的访问结构其中若i＝i，则i对应的属性A_i是积极的属性。例如，用户U必须拥有该属性A_i才能够产生有效的陷门；若则i对应的属性A_i是消极的属性。例如，用户U必须不具有该属性A_i才能够产生有效的陷门。假设A_δ与关键词w相关联。数据所有者选取随机参数并计算其中，

或

数据所有者计算C₁＝g^s，C₄＝e(g，h)^s。可搜索密文为CT＝(C₁，C₂，C₃，C₄)。

数据所有者将密文CT发送给云服务器。

(4)陷门产生阶段：为了搜索关键词w，合法的用户随机选取随机参数并计算

其中，用户计算其中若i＝δ，若i≠δ，则为关键词w产生的陷门为T_w＝(a′_U，σ)。

用户将T_w发送给云服务器。

(5)检测阶段：云服务器在收到用户发送的陷门后，验证下列等式是否成立

若该等式成立，云服务器将相关的关键词对应的密文CT及相关的信息反馈给用户。否则，反馈给用户信息表明搜索失败。

(6)密钥重新产生阶段：假设为被更新属性的索引的集合。

若j∈Φ，且是一个积极的属性，中心机构随机选取并计算rk1_j＝r′_j-r_j和rk2_j＝t′_j-t_j；

若j∈Φ，且是一个消极的属性，中心机构随机选取并计算rk1_j+n＝r′_j+n-r_j+n和rk2_j+n＝t′_j+n-t_j+n。中心机构更新公共参数：

和

若j＝j，假设参数参数若假设参数参数最后，中心机构分别将参数和发送给云服务器和合法的用户。其中，参数用于重加密可搜索密文，参数用于更新合法用户持有的私钥。中心机构将系统版本号ver加1。

(7)索引重加密阶段：云服务器在收到中心机构发送的参数后，首先检查版本号是否为当前系统的版本号，然后重加密相关的可搜索密文：

若j＝j，

C′₁＝C₁， C′₄＝C₄；

若

C′₁＝C₁， C′₄＝C₄。

更新后的可搜索密文为CT′＝(C′₁，C′₂，C′₃，C′₄)。

(8)密钥更新阶段：合法用户在收到中心机构发送的参数后，更新自己持有的私钥：和

更新后的私钥为

Claims (4)

1.一个支持非单调访问结构的密文长度固定的属性基可搜索加密系统，其特征在于由以下步骤构成：

(1)系统建立阶段：假设总属性集中的属性个数为n。中心机构根据安全参数和总属性个数产生公共参数和主密钥：params和MSK：

Setup(1^l，n)→(params，MSK)，

中心机构设置系统初始版本号ver为1；

(2)密钥产生阶段：假设用户U拥有的属性为S_U，中心机构根据其属性为其产生私钥：

KG(params，MSK，S_U)→SK_U；

(3)索引加密阶段：为了加密一个关键词w，数据所有者首先定义一个非单调访问结构A，然后在该访问结构下加密关键词w得到可搜索密文：

Enc(params，A，w)→CT；

(4)陷门产生阶段：合法用户可以利用持有的私钥SK_U为指定的关键词w产生陷门：

TP(params，SK_U，w)→T_w；

(5)检测阶段：云服务器在收到用户发送的陷门后，在存储的密文中进行搜索：

Test(CT，T_w)→{1，0}

若输出结果为1，表示T_w是一个有效的陷门；若输出结果为0，表示失败；

(6)密钥重新产生阶段：当属性发生改变时，假设需要被更新的属性集为Ψ。中心机构产生新的公共参数params′和更新密钥(RK₁，RK₂)。其中，RK₁用于重加密可搜索密文，RK₂用于更新合法用户的私钥：

Re-KG(params，MSK，Ψ)→(RK₁，RK₂，params′)，

每一次公共参数更新，系统版本号ver加1；

(7)索引重加密阶段：云服务器在收到中心机构发送的更新密钥RK₁后，进行索引重加密获得新的可搜索密文：

Re-Enc(params′，CT，RK₁，Ψ)→CT′；

(8)密钥更新阶段：合法用户在收到中心机构发送的更新密钥RK₂后，自行更新其持有的私钥：

Update-Key(params′，SK_U，RK₂，Ψ)→SK′_U。

2.根据权利要求1所述的加密系统，其特征在于，步骤(3)使用非单调的访问控制结构。

3.根据权利要求1所述的加密系统，步骤(3)的计算成本是固定的，产生的可搜索密文长度是固定的；步骤(4)陷门产生阶段产生的陷门的长度是固定的；步骤(5)的计算成本是固定的。

4.根据权利要求1所述的加密系统，所述步骤(5)特征在于云服务器只能够检测用户发送的陷门是否与存储的可搜索密文是否匹配而不会泄露任何相关的机密数据的信息。