关于云端群组数据完整性验证的研究

【摘要】随着云计算的发展，用户可以更经济地，更方便地使用云端的数据服务。通过这些现有的云端数据服务，例如Dropbox，GoogleDrive，iCloud等，用户不但可以轻松地将自己的数据存储在云端，而且可以快捷地和其它用户实现数据的共享。然而，云端数据的外包和共享为保障用户数据的完整性带来了诸多新的挑战。具体来说，因为在云环境下，受硬件、软件或是人为等因素的影响，云端服务器不可避免的有时会错误地修改，甚至是删除用户的数据，而用户自身不再本地存储数据，所以用户无法直接验证云端数据的完整性。此外，由于云服务商可能为了谋求其自身利益的最大化而不主动向用户报告数据的错误修改或是删除，使得用户无法完全信任云服务商正确地，安全地存储数据。传统的数据完整性验证方法（例如签名或是消息验证码）需要验证者首先从云服务器下载所有的数据，而后验证对应的签名或是消息验证码的正确性。但是，因为在云环境下，云端存储的数据规模通常较大，下载所有数据而后再验证的方法需要消费大量的通信和计算开销，效率较低。传统的，利用哈希树的数据完整性验证方法虽然不用从云服务器下载所有的数据，但是其只能验证云服务商正确存储了对应的哈希值，而不能说明对应的数据本身是被正确存储的。因此，如何高效地，安全地验证云端数据的完整性，并且在验证过程中不用下载存储在云端的整个数据是近年来云计算领域内急待解决的热点安全问题之一。该领域现有的相关工作大部分都集中于如何有效的验证云端个人数据的完整性，只有少部分的工作研究了如何有效的检测云端群组数据的完整性。相比于云端个人数据的完整性验证，当研究云端群组数据的情况时，会为整个数据完整性验证方案的安全性带来一些新的挑战，例如身份隐私和动态群组。在本文中，我们通过设计几个不同的云端群组共享数据的完整性验证方案来分别解决几个不同的关键问题。具体来说，本文的主要贡献可以总结为以下几个方面。(1)我们提出了一个可公开验证的数据完整性检测方案—–Panda[1,4]。该方案可以高效地检测存储在云端群组共享数据的完整性，并且可以支持高效的用户撤销。通过利用基于代理重签名的技术手段，用户在该方案下可以将用户撤销过程中产生的开销外包到云端，从而在根本上提高了用户撤销过程中的效率。我们的安全分析严格得证明了该方案的安全性。与现有的相关工作相比，实验数据显示该方案在不同的平台（例如PC或是手机）上都能够支持有效的用户撤销。(2)我们设计了一个保护群组用户身份隐私的数据完整性验证方案—–Oruta[2,9]。该方案可以高效的检测存储在云端的群组共享数据，并且保护群组用户的身份隐私—–即公开验证者在验证数据完整性的过程中无法得知群组用户的身份隐私。此外，该方案还可以支持多个验证任务的批处理验证（BatchAuditing）—–即通过将多个验证任务同时验证的方式来进一步提高多个任务的验证效率。(3)我们构建了一个保护隐私的数据完整性验证方案—–Knox[10]。与之前的方案Oruta相比，该方案依然能够保护群组用户的身份隐私，并且该方案在群组用户数量较多时有着更良好的效率。此外，该方案在保证身份隐私的基础上，还可以提供追踪的功能（即可信的群组管理者在必要时可以揭示群组用户的身份）。(4)我们通过利用动态广播加密和代理重签名相结合的方法，设计了一个用于验证云端群组共享数据完整性的方案[8]。与现有的方案相比，该方案只需引入较小的通信开销，并且该方案可以有效的支持动态的群组（即群组用户的撤销和新用户的加入）。(5)通过在系统模型里引入一个安全中介（SecurityMediator），我们提出了一个可公开验证的数据完整性的检测方案[5]。该方案通过利用盲签名的思想，可以在云端数据完整性验证的过程中，有效的保护群组用户身份的隐私。与我们之前的方案相比，该方案在存储开销，计算开销等方面有着明显的优势。
【作者】王博洋；
【导师】李晖；
【作者基本信息】西安电子科技大学，密码学，2014，博士
【关键词】云计算；群组共享数据；数据完整性验证；身份隐私；动态群组；

【参考文献】
[1]严登朋.DHM公司基于战略的人力资源管理解决方案[D].吉林大学,2005.
[2]李婳.基于数据包络分析法的省级电子政务绩效评估研究[D].华中科技大学,电子政务,2013,硕士.
[3]胡小婉.氯对油菜生长与营养吸收利用的效应及其机制[D].南京农业大学,海洋生物学,2013,硕士.
[4]姚辉.低频穴位电刺激结合镜像视觉反馈促进中风后上肢功能重建的临床研究[D].黑龙江中医药大学,针灸推拿学,2013,硕士.
[5]李露.大学英语四级口语考试小组讨论中话轮转换言语策略的使用现状研究[D].重庆大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[6]柴鲁嘉.新课程背景下初中化学家庭小实验的实施与评价[D].内蒙古师范大学,学科教学（专业学位）,2012,硕士.
[7]樊晨.X家族企业市场营销策略研究[D].兰州大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[8]陈琦.基于Web的人力资源管理系统设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[9]燕小辉.自动化加工范式下效价、唤醒度、基本情绪之间关系的ERP研究[D].信阳师范学院,发展与教育心理学,2014,硕士.
[10]宋家琪.新型快速灵敏量子点红外探测器的研制[D].华中科技大学,微电子学与固体电子学,2013,硕士.
[11]张占勋.科学发展观视域下的“发展”研究[D].东北师范大学,马克思主义基本原理,2012,硕士.
[12]李靖,谢华清,黎阳.电沉积制备聚乙酰苯胺纳米线/石墨烯高性能超级电容器电极材料[A].中国化学会.中国化学会第29届学术年会摘要集——第24分会：化学电源[C].中国化学会:,2014:1.
[13]袁海帆.北京市平原区顺义断裂活动性的磁性地层学研究[D].中国地质大学（北京）,构造地质学,2013,硕士.
[14]刘芳冰.基于胜任素质模型软件开发人员的招聘研究[D].北京交通大学,工商管理,2012,硕士.
[15]严曼.高阶n维非线性伪双曲方程（组）的某些问题[D].广东技术师范学院,系统理论,2013,硕士.
[16]周立丰.光涡旋偶极子的衍射特性分析[D].山东师范大学,光学,2013,硕士.
[17]申珊妹.政府对网络舆情的应对研究[D].河南科技大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[18]王丝雨.吉林省固定资产投资供需实证分析及预测[D].东北师范大学,金融学,2012,硕士.
[19]于影.安荨冲剂治疗风热型荨麻疹的临床疗效观察[D].黑龙江中医药大学,中医学（专业学位）,2013,硕士.
[20]杨顺.非接触式岩移智能监测系统的开发研究[D].长沙矿山研究院,机械设计及理论,2014,硕士.
[21]叶宗鑫.羽毛球男子单打技术体系双子模型的理论建构以及实证研究[D].北京体育大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[22]张丹丹.煤化工废水生化处理后二沉池出水回用的腐蚀特性研究[D].哈尔滨工业大学,环境科学与工程,2014,硕士.
[23]吉广昌.连云港纪检监察信息系统的设计与实现[D].南京理工大学,计算机技术,2012,硕士.
[24]胡霞.Android版某记事本旅游记忆模块的设计与实现[D].北京交通大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[25]赵兵.大学生政治素质现状及培育对策[D].河北师范大学,政治学理论,2012,硕士.
[26]孔云林.基于超效率DEA和Tobit模型的中国上市煤炭企业效率研究[D].中国科学技术大学,企业管理,2014,硕士.
[27]廖慧君.钛基纳米棒阵列及其表面涂层的制备和生物相容性研究[D].华中师范大学,凝聚态物理,2013,硕士.
[28]张伟锋.前路椎间盘切除减压融合术治疗脊髓型颈椎病的临床研究[D].兰州大学,外科学（专有学位）,2014,硕士.
[29]张磊.秦汉时期河洛地区少数民族研究[D].河南科技大学,专门史,2014,硕士.
[30]张翔.高移动环境下TD-LTE系统多普勒频移估计研究[D].西南交通大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[31]吴术球.热处理及拉伸工艺对聚丙烯微孔膜结构和性能的影响[D].广东工业大学,材料工程（专业学位）,2013,硕士.
[32]马绯菲.群体性事件政府信息公开制度研究[D].中国地质大学（北京）,法律,2013,硕士.
[33]梅友忠.基于超级电容辅能的电动车驱动系统研究[D].中国矿业大学,电力电子与电力传动,2014,硕士.
[34]高跃伟.高技术产业科技投入的绩效评价分析[D].贵州财经大学,统计学,2013,硕士.
[35]杨青.“乐胃饮”对实验性脾虚大鼠胃肠激素影响的研究[D].浙江中医学院,中医内科学,2003,硕士.
[36]李颂杰.内部营销在服务业应用研究[D].华侨大学,企业管理,2004,硕士.
[37]张红梅.“巢湖地方文化”语文校本课程开发与实施初探[D].扬州大学,语文课程与教学论,2011,硕士.
[38]刘鹏.非营利性组织财务风险控制研究[D].东北财经大学,会计学,2012,硕士.
[39].中国版本图书馆月度CIP数据精选[J].全国新书目,2013,08:80-300.
[40]周成成.大型活动突发事件下交通疏散效率评价研究[D].西南交通大学,交通运输规划与管理,2014,硕士.
[41]曹函玉.京津冀农业区典型气态污染物干沉降研究及其生态效应初探[D].甘肃农业大学,水土保持与荒漠化防治,2013,硕士.
[42]马晓彬.中—低勘探程度区页岩气资源量计算方法研究[D].成都理工大学,应用数学,2013,硕士.
[43]李静芝.丝蛋白基因的分子设计及过表达RaslCA基因提高实用品种产丝量研究[D].苏州大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[44]叶懿安.长三角地区工业碳排放时空特征及关联性分析研究[D].南京大学,环境科学,2013,硕士.
[45]张尧.非圆齿轮驱动式叶片差速泵的设计与仿真研究[D].浙江理工大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[46]胡健闻.多尺度估计理论在工程表面评价中的应用研究[D].武汉理工大学,机械设计及理论,2003,硕士.
[47]唐珊.油菜花药中胼胝质降解相关基因MSR66功能分析[D].华中农业大学,作物遗传育种,2014,硕士.
[48]汪蓉.江西省财政支农资金配置绩效研究[D].江西财经大学,财政学,2013,硕士.
[49]江茹.从文学文体学角度研究《理智与情感》的小说翻译[D].上海外国语大学,英语语言文学,2012,硕士.
[50]闫浩.高陡边坡变形治理措施及其工程造价分析[D].北方工业大学,岩土工程,2013,硕士.