一种基于属性加密的政务云访问控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于云数据信息安全技术领域，尤其涉及一种基于属性加密的政务云访问 控制方法。
【背景技术】
[0002] 早在2010年5月，美国政府的一家网站recovery.gov已完全使用亚马逊的AWS，成 为美国政府IT系统第一个云计算项目，既帮助政府减轻费用，同时也可以加强美国政府内 部不同部门间的协作。这一成功案例使得各国政府部门看到了契机，因此各国政府部门都 在着力进行电子政务改革。伴随政府改革的进行，政府部门也开始从自建平台到购买电信 运营商的服务。我国经过"金字工程"等电子政务重大工程的建设，垂直管理部门的纵向电 子政务已经达到比较高的水平，但国务院、各省市政府的横向电子政务比较滞后，最突出的 表现是，重大项目均以单个部门牵头建设，而且协调机制不畅，造成当前我国电子政务严重 的"烟囱"现象，使得跨部门应用的推进困难重重。云计算的迅猛发展，特别是私有云和公有 云以及混合云的发展，提供了各种产业模式以适用于各种不同的应用场景，为电子政务提 供了新运行模式，云计算具有可扩展性、高可靠性、快速弹性、敏捷、自主高效的管理、绿色 计算、快速部署、较高的灾难恢复机制的特点，能够有效解决当前电子政务存在的种种问 题。但是，几乎所有的研究都表明，目前云计算最核心的问题是其安全性、隐私性和可靠性。 尤其政务信息大多涉及一些机密信息，将其托管到云上，其安全性必须得到足够的保障，这 里的安全性包括数据存储的安全性、数据访问的安全性以及灾难恢复机制。数据存储安全 性可以通过将文件加密后以密文的形式存储来解决;灾难恢复机制可以通过多个冗余节点 备份存储来解决；基于密文策略的属性加密技术，在Goyal ,Waters与Sahai等人发表的 "Attribute Based Encryption for Fine-Grained Access Control of Encrypted Data"一文上发展起来，它将用户与属性相关联，密文与访问控制策略相关联，访问控制裁 决执行者并不关心访问者是谁，只关心访问者是否具备相应的属性，可很好地将属性管理 和访问裁决相分离，实现细粒度的访问控制，被认为适合做政务云的数据访问控制。
[0003] 但是目前属性加密以及属性撤销都效率比较低，本发明采用了吕志泉一"面向社 交网络的隐私保护方案"中的令牌树机制，提出了一种计算外包的多属性权威的CP-ABE方 案，同时可以在不改变密文的情况下对用户进行属性撤销，有效提高了用户端的解密效率 以及属性撤销的效率。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种基于属性加密的政务云访问控制方法，旨在解决云计 算时代电子政务中的访问安全性问题。
[0005] 本发明是这样实现的，一种基于属性加密的政务云访问控制方法，所述基于属性 加密的政务云访问控制方法包括：
[0006] 通过对称加密技术保证存储在云服务器端数据的安全性，通过基于密文策略的属 性加密方案保证云端数据访问的安全性，利用基于身份的签名算法对上传数据进行签名， 实现对数据真实性、实时性的认定。同时引入用户属性撤销，属性权威机构属性管理权限撤 销以及系统某一属性撤销机制，灵活的实现访问的授权撤销。
[0007 ]进一步，所述基于密文策略的属性加密方案包括：
[0008] 初始化，运行Setup_CA(lA);选择安全参数1λ，并选择阶为素数p，生成元为g的群G， 定义一个双线性映射e: G X G^G1，使之满足双线性性，非退化性和可计算性;选择一个安全 的哈希函数H:{0，ir-G;确定系统中所有属性的集合I;根据属性权威AA的个数初始化令 牌树，为每一个属性权威AA确定私钥S K，且Sk与令牌树的叶子节点的随机密钥RKj-一映射； 确定最小覆盖密钥集MCKS，令G(X)代表包含属性X的AA的集合，Φ (X)为令牌树中与属性群G (X)中AA对应的叶子节点的集合，P (;0为令牌树中最小覆盖Φ (X)节点的集合，则最小覆盖 密钥集MCKSx代表炉（X)中所有节点对应的随机密钥的组合，则MCKS= {MCKSx}xeI;确定令牌 链集TCS，令m为令牌树中某叶子节点，则TCS i表示m到根节点经过的所有令牌的集合，TCS ={TCSihel;为每一个属性xe I，确定一个陷门TDx，用最小覆盖密钥集MCKSx里面的密钥将陷 门加密，得到属性X对应的陷门信息TDM X，生成陷门公钥GTDM= {gT~}xrf。Va，， 公开发布?？={6&4)'1^2￥瓜01，田，保留主密钥151(=(€^，加丄^ 1);
[0009] 运行AA_Setup()函数，选择基于群组的广播加密方案，对ν.τε/χ，ΑΑκ为每一个属 性X，确定一个群组及属性私钥ATx,Κ;用属性私钥ATx,K对该属性对应的陷门信息!?d 加密后得到TDMx, Versicinl，将TDMx, Versicinl发送至CSP，AAk为其所管理的每一个属性随机选取 νχ，计算4 = Kg'、)=Kg，g)").';
[0010] 当有用户Uj注册时，Mk运行Key_Gen(Cert)函数;具体如下:Mk验证其证书，若正确无 误后，为Uj的每一个属性X随机选取V~\ e Z广计算队,=4 .认2 ，得到用户私钥skj,k，将skj,k^送给用户，其中
[0011] 输入明文消息m，系统公共参数PP，数据拥有者运行Encrypt(PP，m)，选择对称加密 密钥k，对机密信息m对称加密得到EK(m);构造访问控制策略Γ = (M，P)，其中M是一个I Xd 矩阵，将对称加密密钥k进行属性加密，随机选取s e Zp，记向量f = 〇,r：2,v3,..,，vJ，则 為=f · M,，计算C = k · e (g，g)α s，对访问控制策略中涉及到的所有属性，获得其对应的陷门公 钥GTDM，并计算{C,. = ，Ia表征访问控制策略中涉及到的全部属性，最后得到密文 CT，并将其发送至云服务器CSP，其中CT =呢(》)，C = f e(gvgr,抝=
[0012] 访问用户将部分属性私钥-轉，从上={?吵丨发送 至云服务提供商，CSP首先验证丨^是否有效，若无效，则直接拒绝响应，否则执行半解密函 数DecrypthaIf (SkhaIf1，CT)，用Sk解密令牌链TCS，得到密钥链信息KCS，计算
，得到陷门私钥ATx,k，进而解密陷门信息TDM x,Vf3rsicin i，用密钥链解 密陷门信息得到用户属性对应的陷门tdx，最后计算如果用户密钥关联的属性 满足密文对应的访问控制结构，则能够计算出一组常量S1满足
，带入下面的公
式：
[0013]
[0014] 生成新的密文ct'=Ek(m) 11c| |f返还给用户；
[0015]用户运行〇6(^5^恤31(81^1￡2，〇1''），其中81^1￡2={2」}计算./ 1： = (：7/；'_，进而解密 得到明文m = Dk(Ek(m));
[0016]用户某一属性X需要撤销时，由AA运行Destroy(X)函数，即输入属性X，更新陷门私 钥ATxV = ω · ΑΤχ,κ，将X对应的陷门信息TDMx重新加密得到TDMx,V ersicin 2并将其上传至CSP。 向属性X对应的群中的未被撤销的用户发送密钥更新信息ω，用户执行密钥更新，即计算 Bxj' =Bxj · ω ；
[0017] AA的某一属性管理权限需要撤销时，CA执行Update_CA( X)函数，输入待撤销的属 性X，重新确定该属性对应的属性群Gx '，确定最小覆盖密钥集，重新选取该属性对应的陷门 TDX'，计算u = TDx'/TDx，用最小覆盖密钥集里面的密钥对新陷门加密后得到新的陷门信息 TDMx '，计算g，更新陷门公钥GTDM，同时将新的陷门信息TDMx '及u发送至Gx'对应的属性 权威，属性权威利用该属性对应的陷门私钥加密后上传，此外属性权威向所有具有属性X的 用户采用广播加密发送更新密钥u，用户在收到更新密钥后计算Bx,/=Bx,Z1;
[0018] AA的管理权限整个需要撤销时，CA只需要将该AA对应的令牌链删除即可；
[0019]中心权威分别向CSP、属性权威发出某一属性X注销指令，CSP收到指令后将GTDM中 该属性对应的陷门公钥TDx删除，属性权威收到该指令后，向CSP发出陷门信息删除指令，将 该属性对应的陷门信息TDM x,Vf3rsicin i删除。
[0020]进一步，所述基于密文策略的属性加密方案初始化进一步包括：
[0021 ] AAk向CA注册，CA运行AA_Reg_CA〇，具体如下:CA验证AAk的身份信息，验证成功，则 将AAk对应的叶子节点的密钥，管理的属性集合Ik，及属性对应的陷门信息！7DM丄.&，将得 到的
发送给AAk ;
[0022]用户向CA注册，CA运行User_Reg_CA(ID)，用户的真实身份ID经CA认证后，将该用 户授权的起始终止时间以及用户的身份经CA签名后，得到证书Cert将证书返回给用户（其 *Cert = ID||tb||te||SKcA(ID||tb||te))。
[0023]进一步，所述基于身份的签名具体包括：
[0024] Sig_Gen(ID)4lD，SID，签名公私钥生成函数，输入用户身份ID，生成签名公私钥， 选择安全参数1λ，并选择阶为素数P，生成元为g的群G，定义一个双线性映射e: G X G^G1，使 之满足双线性性，非退化性和可计算性，根据用户的身份ID，随机选取参数βΕΖρ，计算私钥 SmiHdDf并将其发送给用户