CN113612805B - 基于密文策略属性基的能源数据访问权限撤销方法 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提出了基于密文策略属性基的能源数据访问权限撤销方法，包括：构建访问控制树，建立对应用户属性且满足预设映射关系的乘法循环群，根据乘法循环群的参数结合访问控制树中用户属性的路径参数计算得到用户属性密钥；使用多项式对能源数据进行加密运算生成密文，结合用户属性密钥采用递归函数对密文进行解密得到能源数据明文；接收作为用户属性集合子集的属性撤销集合，调用子树快速删除算法从访问控制树中删除属性撤销集合对应的子树得到归并后的访问控制树；通过仅需修改密文策略属性基加密算法所对应的访问控制树即可实现指定属性对应的权限的撤销，在多用户访问能源数据场景下可以大大加快属性权限的修改，降低运算性能瓶颈。

Description

基于密文策略属性基的能源数据访问权限撤销方法
技术领域
本发明属于数据安全领域，具体涉及基于密文策略属性基的能源数据访问权限撤销方法。
背景技术
对于能源数据的访问权限管理，需要针对各类访问能源数据的用户或应用，应从用户访问权限、数据操作权限、应用访问数据权限等维度明确授权机制，授权覆盖资源目录、资源文件、接口、共享发布、共享申请、共享期限等，采用共享数据访问授权凭证、安全策略配置等方式，确保授权管理贯通共享平台和信息系统。
基于密文策略属性基加密算法（CP-ABE，Ciphertext Policy Attribute BasedEncryption）的访问控制可以实现更为细粒度的权限管理，数据拥有者可以根据用户的自身属性生成相应的解密密钥，将权限分配信息通过特定的访问控制结构加密，符合属性要求的数据使用者可获取权限分配信息进而获得数据访问权限,适合应用在需要给多用户提供细粒度权限管理的能源数据共享场景下。但当访问能源数据的用户数过多而出现管理复杂度高的问题，特别是在频繁修改用户的访问权限是，会给能源数据拥有者造成极大的运算负担，浪费运算资源。
发明内容
本申请实施例提出了基于密文策略属性基的能源数据访问权限撤销方法，通过删除算法将该子树从访问控制树中删除后得到一个归并的新访问控制树，从而保证被撤销权限的用户无法计算出访问能源数据所需的解密密钥，可有效改善因频繁更改用户访问权限所带来的性能影响。
具体的，所述基于密文策略属性基的能源数据访问权限撤销方法，包括：
S1，构建针对能源数据的用户属性的访问控制树；
S2，建立对应用户属性且满足预设映射关系的乘法循环群，根据乘法循环群的参数结合访问控制树中用户属性的路径参数计算得到用户属性密钥；
S3，建立对应访问控制树中节点的多项式，使用多项式对能源数据进行加密运算生成密文，结合用户属性密钥采用递归函数对密文进行解密得到能源数据明文；
S4，接收作为用户属性集合子集的属性撤销集合，在访问控制树中遍历所有的叶子节点，寻找与属性撤销集合中单个属性对应的叶子节点进行删除，对剩余的访问控制树进行更新，根据更新后的访问控制树对能源数据进行加密；
其中，访问控制树内的每个叶子节点代表每类用户属性，每个非叶子节点代表一类门限，门限值的取值小于叶子节点数量。
可选的，所述S2包括：
S21，建立第一乘法循环群以及第二乘法循环群，且存在第二乘法循环群为两个第一乘法循环群的乘积，从第一乘法循环群中选取样本参数，建立样本循环群；
S22，从样本循环群中随机选取参数值，结合样本参数计算得到第一密钥中间值以及第二密钥中间值；
S23，基于第一密钥中间值、第二密钥中间值计算得到公钥和私钥；
S24，获取访问控制树的深度值，结合用户属性集合中的属性路径进行递归计算得到用户属性密钥。
可选的，还包括：
所述第一乘法循环群以及第二乘法循环群满足的条件包括双线性、非退化性、可计算性。
可选的，所述S3包括：
S31，为访问控制树的根节点选择具有第一阶数的多项式；
S32，为访问控制树中处根节点外的其他节点分别选择具有第二阶数的多项式；
S33，选取访问控制树叶子节点的子集，结合已选取的两类多项式对能源数据计算加密后的密文。
可选的，所述S3包括：
S34，基于访问控制树中当前节点所属类型，选择性调用递归函数，结合用户属性密钥对密文进行解密，得到能源数据明文。
可选的，所述S34包括：
S341，如果当前节点为访问控制树中的叶子节点，则建立表征与叶子节点所关联属性的属性参数，将属性参数、密文以及用户属性密钥代入递归函数中，计算得到第一运算结果；
S342，如果当前节点为访问控制树中的非叶子节点，则将当前节点全部子节点的信息导入递归函数，计算得到第二运算结果，
S343，将当前访问控制树中的根节点信息导入递归函数，计算得到第三运算结果；
S344，基于第一运算结果、第二运算结果、第三运算结果以及用户属性秘钥进行解算，得到能源数据明文。
可选的，所述第二运算结果为双线性函数构造的加密函数。
可选的，所述S4包括：
S41，在访问控制树中遍历所有的叶子节点，寻找与属性撤销集合中单个属性对应的叶子节点进行删除；
S42，查询已删除叶子节点的父节点，查询父节点的数量以及门限值，根据数量与门限值的大小关系对数量、门限值的取值进行调整；
S43，如果父节点的数量为1，表明仅剩一个叶子节点，将仅剩的叶子节点删除，并将该叶子节点的父节点更改为所述叶子节点的父节点；
S44，重复步骤S41直到遍历所有叶子节点，得到更新后的访问控制树；
S45，根据更新后的访问控制树对能源数据进行加密。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
仅需修改密文策略属性基加密算法所对应的访问控制树即可实现指定属性对应的权限的撤销，在多用户访问能源数据场景下可以大大加快属性权限的修改，降低运算性能瓶颈。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
图1为本申请实施例提出的基于密文策略属性基的能源数据访问权限撤销方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提出的访问控制树的结构示意图；
图3为本发明实例的删除指定属性的权限后所对应的访问控制树的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
为了解决现有技术中存在的进行能源数据访问过程中用户属性权限管理时存在的数据量大、管理复杂度过高的问题，本申请提出了一种基于密文策略属性基的能源数据访问权限撤销方法，当撤销包含某特定属性的用户访问能源数据的权限时，通过子树快速删除算法将该子树从访问控制树中删除后得到一个归并的新访问控制树，从而保证被撤销权限的用户无法计算出访问能源数据所需的解密密钥。
具体的，所述基于密文策略属性基的能源数据访问权限撤销方法，如图1所示，包括：
S1，构建针对能源数据的用户属性的访问控制树；
S2，建立对应用户属性且满足预设映射关系的乘法循环群，根据乘法循环群的参数结合访问控制树中用户属性的路径参数计算得到用户属性密钥；
S3，建立对应访问控制树中节点的多项式，使用多项式对能源数据进行加密运算生成密文，结合用户属性密钥采用递归函数对密文进行解密得到能源数据明文；
S4，接收作为用户属性集合子集的属性撤销集合，在访问控制树中遍历所有的叶子节点，寻找与属性撤销集合中单个属性对应的叶子节点进行删除，对剩余的访问控制树进行更新，根据更新后的访问控制树对能源数据进行加密；
其中，访问控制树内的每个叶子节点代表每类用户属性，每个非叶子节点代表一类门限，门限值的取值小于叶子节点数量。
在实施中，本申请实施例提出的访问权限可撤销方法具体适用于能源数据对外分享时，利用密文策略属性基算法中的访问控制树结构，如果需要撤销包含某特定属性的用户访问能源数据的权限时，生成对应该类用户属性的属性撤销集合，通过子树快速删除算法将该子树从访问控制树中删除后得到一个归并的新访问控制树，从而保证被撤销权限的用户无法计算出访问能源数据所需的解密密钥。
具体的，本申请提出的能源数据访问权限撤销方法包含四个处理步骤：访问控制树构造、用户属性密钥生成、能源数据的加解密、属性权限撤销四个阶段，分别对应上述步骤S1、S2、S3、S4，每个阶段的详细处理过程在下文会展开描述。
1）访问控制树构造，即步骤S1，包括：
根据用户属性构造访问控制树T，在访问控制树内，叶子节点代表属性，非叶子节点代表一个门限（具体为与门或者或门）。
假设叶子节点上的子节点的数量为num x ,节点的阈值为k x ,则有
Figure 956308DEST_PATH_IMAGE001
。当属性集合
Figure 901261DEST_PATH_IMAGE002
是访问控制树T的属性时，记为：
Figure 7014DEST_PATH_IMAGE003
。
2）用户属性密钥生成，即步骤S2包括：
S21，建立第一乘法循环群以及第二乘法循环群，且存在第二乘法循环群为两个第一乘法循环群的乘积，从第一乘法循环群中选取样本参数，建立样本循环群；
S22，从样本循环群中随机选取参数值，结合样本参数计算得到第一密钥中间值以及第二密钥中间值；
S23，基于第一密钥中间值、第二密钥中间值计算得到公钥和私钥；
S24，获取访问控制树的深度值，结合用户属性集合中的属性路径进行递归计算得到用户属性密钥。
在实施中，用户属性集合为
Figure 679303DEST_PATH_IMAGE004
，其中
Figure 787068DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 135878DEST_PATH_IMAGE006
。构建阶数为p的第一乘法循环群G、第二乘法循环群G T ，且二者存在的计 算关系为
Figure 430725DEST_PATH_IMAGE007
，其中样本参数p为素数，样本循环群Z p 为模p构成的有限域，e表 示为双线性映射。
映射关系
Figure 172285DEST_PATH_IMAGE008
满足双线性，即对于
Figure 370441DEST_PATH_IMAGE009
，样本循环群
Figure 391618DEST_PATH_IMAGE010
指的是素数p阶循环群，均有
Figure 672295DEST_PATH_IMAGE011
成立；满足非退化性，即
Figure 951967DEST_PATH_IMAGE012
，满足
Figure 503165DEST_PATH_IMAGE013
；满足可计算性，即存在有效的算法，对于
Figure 450569DEST_PATH_IMAGE014
，均可计算
Figure 438116DEST_PATH_IMAGE015
。
基于前述参数构建抗碰撞哈希函数H，H1，H2：
Figure 741053DEST_PATH_IMAGE016
，
得到如下公开参数：
Figure 910872DEST_PATH_IMAGE017
，其中
Figure 539430DEST_PATH_IMAGE018
为群G的生成元。
接着在样本循环群
Figure 545432DEST_PATH_IMAGE010
中随机选择参数值
Figure 419104DEST_PATH_IMAGE019
，并生成第一密钥中 间值
Figure 148157DEST_PATH_IMAGE020
，第二密钥中间值
Figure 242889DEST_PATH_IMAGE021
。
令参数值
Figure 939450DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 646506DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure 731530DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 951159DEST_PATH_IMAGE025
。
基于第一密钥中间值、第二密钥中间值p计算生成公钥K 1和私钥K 2：
Figure 416906DEST_PATH_IMAGE026
Figure 426188DEST_PATH_IMAGE027
则公钥为
Figure 660992DEST_PATH_IMAGE028
，用户私钥为
Figure 303719DEST_PATH_IMAGE029
。
设访问控制树T的深度为d，用户属性集合为A，属性id的路径为
Figure 506030DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 758151DEST_PATH_IMAGE031
为访问控制树的根节点，
Figure 877155DEST_PATH_IMAGE032
为访问控制树的叶子 节点，随机选择参数
Figure 923739DEST_PATH_IMAGE033
，计算
Figure 878926DEST_PATH_IMAGE034
，其中
Figure 651183DEST_PATH_IMAGE035
。
递归运算表达式：
Figure 126158DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 858491DEST_PATH_IMAGE037
，计算
Figure 284662DEST_PATH_IMAGE038
。
通过如下公式计算用户属性密钥组件D 1，D 2，D：
Figure 878585DEST_PATH_IMAGE039
Figure 709531DEST_PATH_IMAGE040
Figure 160236DEST_PATH_IMAGE041
最终得到用户属性密钥：
Figure 762118DEST_PATH_IMAGE042
。
3）能源数据的加解密，即步骤S3，包括：
S31，为访问控制树的根节点选择具有第一阶数的多项式；
S32，为访问控制树中处根节点外的其他节点分别选择具有第二阶数的多项式；
S33，选取访问控制树叶子节点的子集，结合已选取的两类多项式对能源数据计算加密后的密文；
S34，基于访问控制树中当前节点所属类型，选择性调用递归函数，结合用户属性密钥对密文进行解密，得到能源数据明文。
在实施中，本阶段分为加密解密两个阶段，数据加密、数据解密。
数据加密：对能源数据M，有：
（1）为访问控制树T中的根节点R选择具有第一阶数d R 的多项式
Figure 455005DEST_PATH_IMAGE043
，第一阶数
Figure 638993DEST_PATH_IMAGE044
。选择随机数
Figure 699746DEST_PATH_IMAGE045
，令
Figure 851242DEST_PATH_IMAGE046
，再随机选择其他d R 个点构成
Figure 583706DEST_PATH_IMAGE043
。
（2）为访问控制树T中除根节点外的其他节点x各选择第二阶数为d x 的多项式
Figure 386315DEST_PATH_IMAGE047
，并且
Figure 913242DEST_PATH_IMAGE048
，再随机选择其他d x 个点构成q x 。
Figure 538652DEST_PATH_IMAGE049
代表节点x的父节点，
Figure 278069DEST_PATH_IMAGE050
代表节点x在其父节点的子节点中的索引。
（3）令Y为访问控制树T的叶子节点集，对于
Figure 420337DEST_PATH_IMAGE051
计算如下三个密文值：
Figure 882280DEST_PATH_IMAGE052
（4） 输出密文
Figure 493521DEST_PATH_IMAGE053
。
数据解密：
S341，如果当前节点为访问控制树中的叶子节点，则建立表征与叶子节点所关联属性的属性参数，将属性参数、密文以及用户属性密钥代入递归函数中计算得到第一运算结果；
S342，如果当前节点为访问控制树中的非叶子节点，则将当前节点全部子节点的信息导入递归函数，计算得到第二运算结果，
S343，将当前访问控制树中的根节点信息导入递归函数，计算得到第三运算结果；
S344，基于第一运算结果、第二运算结果、第三运算结果以及用户属性秘钥进行解算，得到能源数据明文。
输入密文CT和用户属性秘钥ak，解密操作是递归函数
Figure 526375DEST_PATH_IMAGE054
， 该算法的输入为密文CT，解密密钥SK，SK与一组属性S相关联，以及访问控制树T中的节点x。
（1）如果节点x为叶子节点，那么令
Figure 273883DEST_PATH_IMAGE055
，其中
Figure 860722DEST_PATH_IMAGE056
表示与节点x相关联的 属性参数，调用递归函数
Figure 457794DEST_PATH_IMAGE054
计算得到第一运算结果：
Figure 601331DEST_PATH_IMAGE057
（2）考虑x为非叶子节点时的递归情况。
在这种情况下，递归函数DecryptNode按照如下方式运行：对节点x所有的叶子节点z，计算递归函数DecryptNode(CT,SK,z)，将其输出保存为以双线性函数构造加密函数的第二运算结果F z 。令S x 表示包含任意k x 个子节点z的一组节点。
Figure 704809DEST_PATH_IMAGE058
其中
Figure 10020DEST_PATH_IMAGE059
。
（3）将上述定义的递归函数DecryptNode应用于访问控制树T中的根节点R，如果属性集满足访问控制树，计算得到第三运算结果
Figure 94388DEST_PATH_IMAGE060
，
最终结合前述三个运算结果得到能源数据明文M：
Figure 962987DEST_PATH_IMAGE061
。
4）属性权限撤销，即S4包括：
S41，在访问控制树中遍历所有的叶子节点，寻找与属性撤销集合中单个属性对应的叶子节点进行删除；
S42，查询已删除叶子节点的父节点，查询父节点的数量以及门限值，根据数量与门限值的大小关系对数量、门限值的取值进行调整；
S43，如果父节点的数量为1，表明仅剩一个叶子节点，将仅剩的叶子节点删除，并将该叶子节点的父节点更改为所述叶子节点的父节点；
S44，重复步骤S41直到遍历所有叶子节点，得到更新后的访问控制树；
S45，根据更新后的访问控制树对能源数据进行加密。
在实施中，1: 在访问控制树中遍历所有的叶子节点，寻找通过R集合中属性所对应的叶子，将其删除；
2: 查询该节点的父节点，查询父节点的num x 和k x 。
如果
Figure 685086DEST_PATH_IMAGE062
，则
Figure 131505DEST_PATH_IMAGE063
；
Figure 735792DEST_PATH_IMAGE064
；
如果
Figure 922929DEST_PATH_IMAGE065
，则
Figure 30693DEST_PATH_IMAGE063
；
3：如果
Figure 130237DEST_PATH_IMAGE066
，则表明仅剩一个子节点，则删除该节点，并将该叶子节点的父 节点更改为该节点的父节点；
4: 重复步骤1直到遍历所有叶子节点。
5: 根据新生成的访问控制树对能源数据进行加密。
以图2所示为例，假定要撤销权限的属性分别为AA1、AA3以及 AA7。
按照上述步骤，首先删除AA1所在叶子节点X7,将其父节点X3的num值减1，变为1，查看X3的num值等于1，则删除X3，并将剩余的子节点X8的父节点设为X1；继续遍历访问控制树，删除AA3所在叶子节点X9,将其父节点X4的num值和k值同时减1，查看X4的num值等于1，则删除X4，并将剩余的子节点X10的父节点设为X1；继续遍历访问控制树，删除AA7所在叶子节点X13,将其父节点X6的num值减1，查看X6的num值不等于1，继续遍历；无要撤销权限的属性，遍历结束。最后得到新生成的访问控制树，如图3所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.基于密文策略属性基的能源数据访问权限撤销方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，构建针对能源数据的用户属性的访问控制树；
S2，建立对应用户属性且满足预设映射关系的乘法循环群，根据乘法循环群的参数结合访问控制树中用户属性的路径参数计算得到用户属性密钥；
S3，建立对应访问控制树中节点的多项式，使用多项式对能源数据进行加密运算生成密文，结合用户属性密钥采用递归函数对密文进行解密，得到能源数据明文；
S4，接收作为用户属性集合子集的属性撤销集合，在访问控制树中遍历所有的叶子节点，寻找与属性撤销集合中单个属性对应的叶子节点进行删除，对剩余的访问控制树进行更新，根据更新后的访问控制树对能源数据进行加密；
所述S4包括：
S41，在访问控制树中遍历所有的叶子节点，寻找与属性撤销集合中单个属性对应的叶子节点进行删除；
S42，查询已删除叶子节点的父节点，查询父节点的数量以及门限值，根据数量与门限值的大小关系对数量、门限值的取值进行调整；
S43，如果父节点的数量为1，表明仅剩一个叶子节点，将仅剩的叶子节点删除，并将该叶子节点的父节点更改为所述叶子节点的父节点；
S44，重复步骤S41直到遍历所有叶子节点，得到更新后的访问控制树；
S45，根据更新后的访问控制树对能源数据进行加密；
其中，访问控制树内的每个叶子节点代表每类用户属性，每个非叶子节点代表一类门限，门限值的取值小于叶子节点数量。
2.根据权利要求1所述的基于密文策略属性基的能源数据访问权限撤销方法，其特征在于，所述S2包括：
S21，建立第一乘法循环群以及第二乘法循环群，且存在第二乘法循环群为两个第一乘法循环群的乘积，从第一乘法循环群中选取样本参数，建立样本循环群；
S22，从样本循环群中随机选取参数值，结合样本参数计算得到第一密钥中间值以及第二密钥中间值；
S23，基于第一密钥中间值、第二密钥中间值以及样本参数计算得到公钥和私钥；
S24，获取访问控制树的深度值，结合用户属性集合中的属性路径进行递归计算得到用户属性密钥。
3.根据权利要求2所述的基于密文策略属性基的能源数据访问权限撤销方法，其特征在于，还包括：
所述第一乘法循环群以及第二乘法循环群满足的条件包括双线性、非退化性、可计算性。
4.根据权利要求1所述的基于密文策略属性基的能源数据访问权限撤销方法，其特征在于，所述S3包括：
S31，为访问控制树的根节点选择具有第一阶数的多项式；
S32，为访问控制树中处根节点外的其他节点分别选择具有第二阶数的多项式；
S33，选取访问控制树叶子节点的子集，结合已选取的两类多项式对能源数据计算加密后的密文。
5.根据权利要求1所述的基于密文策略属性基的能源数据访问权限撤销方法，其特征在于，所述S3包括：
S34，基于访问控制树中当前节点所属类型，选择性调用递归函数，结合用户属性密钥对密文进行解密，得到能源数据明文。
6.根据权利要求5所述的基于密文策略属性基的能源数据访问权限撤销方法，其特征在于，所述S34包括：
S341，如果当前节点为访问控制树中的叶子节点，则建立表征与叶子节点所关联属性的属性参数，将属性参数、密文以及用户属性密钥代入递归函数中，计算得到第一运算结果；
S342，如果当前节点为访问控制树中的非叶子节点，则将当前节点全部子节点的信息导入递归函数，计算得到第二运算结果，
S343，将当前访问控制树中的根节点信息导入递归函数，计算得到第三运算结果；
S344，基于第一运算结果、第二运算结果、第三运算结果以及用户属性秘钥进行解算，得到能源数据明文。
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