随着云计算技术发展,更多用户选择将数据外包存储到云端,因此失去对数据的物理控制权,无法保证数据完整性。目前云数据完整性审计方案主要通过审计员(Auditor,Aud)验证数据持有性证明是否可信,进而判断对应云数据的完整性。Aud往往是单一机构或组织,存在单点失效问题,而且可能与云服务存储商(Cloud Service Provider,CSP)合谋进行恶意攻击,因此基于区块链的云数据完整性审计应用而生,用于解决即使有不可信Aud参与也能正确完成数据完整性审计的场景。此外,针对区块链中审计结果失效或错误等问题,实现交易细粒度层次上区块链无效审计结果的修改。本文具体研究内容如下:(1)针对云数据完整性审计效率低问题,在数据持有性证明(Proof of Data Possession,PDP)基础上,提出一种基于区块链的动态云数据完整性审计方案(Blockchain based Cloud Data Integrity Auditing Scheme,BCDIAS)。Aud通过局部置信率随机抽取数据块生成挑战,CSP聚合数据物理性和逻辑性生成挑战对应证据,状态通道内Aud根据验证信息树(Evidentiary Information B+,EIB)中的辅助证据信息完成完整性审计验证,审计结果由智能合约打包成交易,并通过区块链矿工节点保存区块链中。实验证明,BCDIAS方案提供数据隐私保护,能够抵御各类单体攻击,整体审计效率提升12.14%,对实际应用场景具有一定参考价值。(2)针对区块链中审计结果失效或错误问题,提出基于变色龙哈希函数的可修改区块链方案(Modifiable Blockchain Scheme based on Chameleon hash,MBSC)。利用多个委员会成员代替单一成员生成、管理及分发修改密钥,解决传统方案单一成员生成修改密钥被攻击密钥泄露问题;利用最小伪随机数选择修改者,解决多轮投票选择修改者导致速度缓慢问题;通过动态绑定委员会成员拥有密钥数量与保证金关系,解决恶意委员会成员无故退出导致部分交易无法被修改问题。实验证明,MBSC方案能够在交易细粒度层次上实现对无效审计结果修改,系统修改密钥管理更加安全可靠,能够实现修改后问责,且区块链数据修改效率提升21.4%。
随着互联网科技的不断进步,信息技术在日常生活中的作用愈加不可替代。作为信息技术核心应用之一,云计算可以根据用户的业务需求对资源进行合理配置,并为用户提供计算和存储等服务。作为云计算最基本的服务之一,云存储可以为用户提供大量的存储资源以及灵活便捷的数据管理服务,从而减轻用户数据存储在本地所带来的资源不足和管理不便的压力。因此,越来越多的用户将数据外包给云存储服务器(Cloud Storage Server,CSS),以缓解本地存储的压力。由于CSS不完全受用户信任,因此存储在CSS中的数据的完整性需要被验证。为了解决CSS的不可信问题,云存储完整性审计技术被提出。该技术通常通过引入一个专门的第三方机构来进行验证操作,将这个第三方机构称之为第三方审计者(Third Party Auditor,TPA)。然而,大多数现有解决方案仍然存在许多非常有挑战性的问题。本文在现有云存储数据完整性审计模型的启发下,提出了两种完整性审计方案,把研究重点分别放在了隐私保护和用户撤销上,同时提高系统效率和健壮性。所做主要工作如下:为了解决云存储环境下数据完整性审计中用户的身份隐私保护、用户追踪以及用户撤销问题,提出了一种具有身份隐私保护的可追踪动态公开审计方案。该方案实现了完全匿名,使得单个用户无法知道其他用户的身份。即使CSS不知道用户的身份,也可以验证用户身份的合法性,从而隐藏用户的真实身份。同时,该方案基于秘密共享技术重构用户公钥,利用不少于规定数量的合法用户子集揭示标签对应的用户身份信息,从而实现高效的用户身份追踪。此外,该方案通过构造多项式函数来实现群密钥的更新。效率和仿真分析体现了该完整性审计方案的实用性。为了解决云存储环境下数据完整性审计中第三方不可信、用户撤销以及被撤销用户的标签更新问题,提出了一种云存储中可撤销的无证书公开审计方案。该方案将用户的私钥与数据绑定来生成标签,以抵抗标记伪造攻击。同时,在密钥生成过程中利用密钥交换的思想增强系统的健壮性,使群管理者能够通过公开信道与用户进行交互。此外,该方案支持群用户的密钥更新和被撤销用户的标签更新。由于该方案中群管理者根据被撤销用户的数量来更新用户密钥,且CSS采用非撤销用户的最新公钥和撤销用户的数量来检查用户的身份,确保了没有最新密钥的撤销用户不能通过验证。通过CSS、被撤销用户和未被撤销用户之间的交互,该方案可以更新被撤销用户的标签。通过安全性证明和仿真分析,该方案在保证安全性的前提下实现了高效的数据完整性审计。
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