面向云存儲的動態屬性加密算法

李燕梅

摘要 云計算的出現，讓計算效率更加高校。由云計算衍生出來的云儲存，為海量數據提供了儲存。云儲存在為用戶提供儲存服務、不同領域的應用充當了不可或缺的角色。本文旨在研究基于云儲存的動態屬性加密算法。

【關鍵詞】云計算 云存儲 動態屬性加密方案

云計算的高效性使得其在IT行業廣受追捧。可進行海量的數據計算。其中云儲存具有擴展性高、可靠性高、價格低廉以及規模大的優勢，其應用范圍受眾極廣。因此可以看出云儲存廣闊的發展前景，然而目前云計算整體的發展還尚待完善，云儲存仍然面臨著多重挑戰。本文主要是基于云儲存的安全風險憂慮，應用現代密碼學中的經典的加密方案進行優化調整使云儲存能夠有效的降低其技術性風險，并提高其本身的性能，從而大大的提高其性能，進而為客戶提供更加優質的服務。

1 相關概念

1.1 云計算

云計算發展至今，有許多不同行業的學者以自身所處行業的視覺來研究云計算，多個角度與不同方法的研究致使至今云計算的概念都仍然沒有一個統一的界定。云計算可以進行大規模、高擴展性的數據計算、數據存儲及其他應用等內容。云計算的實質是將分布的數據資源進行系統的整合。一方面，云計算的低成本投資優勢使其迅速被廣泛投入應用，并得到較快的發展;另一方面，云計算具有快速搭建用戶、計算能力彈性伸縮的優勢，可依據用戶規模調節云計算的計算能力。

1.2 云存儲技術

云存儲是網絡存儲的模型。其技術就是通過第三方虛擬池將網絡上的數據加以存儲。與傳統的存儲設備相比較，云存儲除了是個硬件設備以為，它同時是兼備多個部分組合而成的復雜系統。其中存儲設備是其的核心組成部分。云存儲技術通過存儲設備為用戶提供了存儲及訪問服務。

1.3 現代密碼學

密碼學的核心是密碼編碼學以及密碼分析學。所謂的密碼編碼學，是研究如何建立安全的密碼體制。該體制承擔著提高攻擊者破獲的難度性，這是其有別于密碼分析學的特性。而密碼分析學是對攻擊者破獲密碼所使用的手段或者現行的密碼體制進行分析，與密碼編碼學相互促進，是保證數據信息安全的重要學科。

1.4 基于屬性加密

屬 性 加 密（ABE，Attribute- BasedEncryption）屬于身份加密（IBE，Identity- BasedEncryption）的一個擴展內容。屬性加密因為其具有獨特的應用意義，隨著云存儲技術的發展而擴大了應用受眾的范圍，從而引起了研究學者的目光。屬性加密存在兩種加密方式，第一種是，基于密文策略的屬性加密（UA-ABE）;第二種是為密鑰策略的屬性加密（KP-ABE）。在KP-ABE的方案中，私鑰只對應一個訪問策略。而密文相較于此則有較大的區別，其所對應的是一個屬性集合。解密就是有且只有這個屬性集合中的屬性才能夠滿足此方案的訪問策略。

2 基于動態屬性加密算法以及實現方案

以屬性為基礎的加密算法，主要是以屬性為基礎的控制策略所進行的數據加密。其通過訪問結構樹描述出一個訪問控制結，只有用戶私鑰與密文符合訪問結構樹所界定的訪問結構一一用戶要解密數據，首先要滿足用戶的屬性集合足夠符合數據屬主DO界定出的訪問結構的條件。

云服務提供商（Cloud Service Provider，CSP）是云端加密的前提條件，是“Honestbutcurious curious”。 “honest”實際上指的是加密算法一一能夠讓忠誠的執行數據屬主而預設的，而“curious”則代表CSP有極大可能性查看數據，因此不能夠通過CSP透漏出任意明文信息。

3 算法的實現

云訪問控制方案的提出涉及了數據屬主、具有龐大數據的數據共享用戶、云服務提供商。其方案首先是通過DO將加密的數據上傳至CSP，且要滿足密文與私鑰分別能夠符合一組屬性的條件后，被授權的共享用戶才可以存取、訪問加密數據。其中數據訪問策略的定制大部分要基于DO來進行，因此DO在其方案中具有重要的意義。DO的權限包括了控制共享用戶訪問用戶的共享數據，并且包括了其撤銷操作執行的內容。當共享用戶需要獲知數據信息時必須要在云服務器上下載數據并進行解密，本文提到的DO與共享用戶的在線時間并非是連續不斷的，但是CSP是能夠保持連續在線進而提供長時間無間斷的數據存取服務。

3.1 動態屬性方案

以屬性為基礎的加密理論主要是發送方通過屬性將基于一定的邏輯關系的訪問控制策略來加密數據。解密數據的前提條件是接收方必須滿足其訪問的控制策略。然而基于實際的操作中，用戶的屬性穩定性極強，當面臨需要變動的屬性時，更新屬性集是必行的措施。因此下文提出了動態屬性加密方案，方案解決了屬性的動態更新，方案如下：

3.2 系統初始化

（1）先由數據屬主（Data Owner，DO）運行算法Setup（）;

（2）將所產生的主密鑰MK與公共密鑰進行PK;

（3）利用DO在公鑰PK上執行數字簽名操作，接著將簽名與公鑰PK共同發給云服務的提供商，DO則執行主密鑰MK的保存操縱。

3.3 文件的創建

實際上，文件組的劃分是以訪問權限是否一致為依據的。本節只對單個文件的處理進行描述。首先，混合加密是文件機密技術現行所采取的主要方式，這就表明數據密文是利用堆成加密算法進行數據文件的加密操作。具體操作是將以屬性為基礎的加密算法對對稱密鑰進行加密操作從而得到了密鑰密文。用戶在順次執行完解密密鑰密文與數據密文的操作要求之后就可以訪問數據文件了。

3.4 動態屬性方案的操作安全性分析

在動態屬性加密算法的方案中，只有訪問控制權限的撤銷過程是涉及了云服務提供商向外部泄露數據及信息的操作。因為，訪問控制權限的撤銷過程需要數據屬主向云服務提供商CSP發送KF，KF'1和是s.s。所以，驗證動態屬性加密算法方案的安全性首要驗證的就是云服務提供商是在不觸及數據機密性的前提下掌握了KF'，KF'1和s.s、。對稱的密鑰CK與參數S都是通過DO隨機生成，其與原來的密鑰密文CK并沒有任何關聯。

4 結語

云計算發展至今，其技術安全性問題一直為人研究。本文著眼于面向云存儲的動態屬性加密算法的研究，從動態屬性方案、系統初始化、文件的創建這幾個步驟來進行算法的實現，并于最后進行了操作方面的安全分析。結果證明基于云存儲的動態屬性加密算法的優化方案在操縱方面安全度高。

參考文獻

[1]蘇金樹，曹丹，王小峰等，屬性基加密機制[J].軟件學報，2011，22 （06）：1299-131.

[2]孫國梓，董宇，李云，基于CP-ABE算法的云存儲數據訪問控制[J].通信學報，2011， 32 （07）：146-152.

[3]洪澄，張敏，馮登國.面向云存儲的高效動態密文訪問控制方法[[J].通信學報，2011，32 （07）.