一种面向云存储基于smc的大数据共享方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及云存储技术，具体涉及一种面向云存储基于SMC的大数据共享方法。
【背景技术】
[0002] 随着大数据时代的带来，数据正在呈现爆炸式增长。对于个人或者企业而言，存 储、计算性能有限的个人电脑、手机或者企业私有服务器已经不能满足需求。人们开始选择 将大数据存储到云。
[0003] 然而在云环境下，数据拥有者将数据上传给云服务提供商，为了保证敏感数据的 机密性，数据拥有者将数据加密后再上传给云服务提供商。加密虽然可以保证数据的机密 性，但却在一定程度上降低了云服务的质量。
[0004] 数据共享是云存储中一个非常重要的功能。为了减轻数据拥有者的工作量，数据 拥有者允许授权用户直接从云服务提供商端下载密文数据，并为特定的用户制定不同的解 密方案。但是数据拥有者必须为不同的用户制定不同的解密方案，且在这过程中可能泄露 数据拥有者的隐私。
[0005] 为了保护数据的机密性，防止不可信的CSP偷窥和分析数据，D0先将数据加密再上 传给CSP。为了将数据共享给特定的用户，D0必须为每个用户制定特殊的加密方案，再将解 密密钥分配给用户，但是这种方案下D0的加密开销非常大。
[0006] -种理想的方案是所有的数据统一加密，但为不同用户分配不同的密钥，且每个 用户只能解密他有权访问的数据。基于属性加密(Attribute-Based Encryption，ABE)又称 模糊的基于身份的加密(Fuzzy Identity-Based Encryption)，是一种基于用户属性的加 密方案。ABE有两个重要的分支:密钥策略的基于属性加密(Key-Policy Attribute-Based Encryption，KP_ABE)和密文策略的基于属性加密(Ciphertext-Policy Attribute-Based Encrypt ion，CP-ABE)。无论是KP-ABE还是CP-ABE，都包括四个主要过程初始化、加密、密钥 生成和解密。在密钥生成过程中，ABE要求D0针对用户的不同属性，为每个用户生成不同的 密钥，因此，D0在整个数据共享过程中必须一直保持在线，且D0的开销比较大。
[0007] 另一种能有效地实现云环境下大数据共享的方案是代理重加密（ProxyRe-￡11(3巧口^〇11，？1^)。我们通过一个简单地例子来介绍？1^ :411〇6用她的公钥?1^加密了她的 照片，并通过安全信道上传给一个不完全信任的CSP。当她出差不在时，她想要将他的照片 共享给她的好朋友Bob，Bob的公钥是PK B，但是Alice又不想将她的私钥SKa泄露给BokPRE允 许A1 ice提供一个重加密密钥RKa-B给CSP，CSP可以用RKa-B重新加密PKa加密后的密文，并将 密文转变成可以用Bob的私钥SK B解密的密文，且在这个过程中不会暴露机密数据和任何有 关私钥SKa和SKB的任何信息。但在PRE中，D0需要为不同的用户生成不同的重加密密钥RK，D0 的通信和计算开销较大。
[0008] D0将加密的数据上传到CSP，合法的用户可以获取密钥解密数据得到明文值。但是 一般的数据共享都是将数据整体加密，然后共享给User，这种做法很容易暴露D0的隐私。为 了解决这个问题，Cheng-Kang Chu等人提供了一种云存储中可扩展的数据共享方案（下面 简称Key-Aggregate)，方案允许DO对数据进行分块加密存储。为了避免暴露DO的隐私和额 外的信息，Key-Aggregate方案将多个分块的加密密钥聚合成一个固定大小的聚合密钥，发 送给用户，这样既保护了 DO的隐私，又在一定程度上减少了 DO和User之间的通信开销。在 Key-Aggregate方案中，DO需要为不同User的不同数据共享请求生成不同的聚合密钥，因此 DO的通信开销和计算代价都比较大。
【发明内容】
[0009] 发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种面向云存储 基于SMC的大数据共享方法，本发明提供的方法是建立在加密方案之上的，对加密的密钥执 行基于SMC的大数据共享方案，既可以实现秘密共享，又可以让D0从数据共享的大量工作中 脱离。
[0010] 技术方案:本发明所述的一种面向云存储基于SMC的大数据共享方法，依次包括以 下步骤：
[0011] (1)初始化:D0完成对数据的加密和上传、AA初始化和用户注册；
[0012] ⑵秘密分割:D0通过(2，3)门限秘密共享方案将秘密分成 三份:k(w、Kf0和， 其中发送给AA暂为保存、Kf'sy发送给CSP、D0存储Kfh其中，即KiEK，l < i <n;
[0013] (3)查询:User共享数据。
[0014]进一步的，所述步骤(1)的具体过程为：
[0015] (1-1 )D0首先用现有的加密算法(例如SDB和保护加密等）加密数据并将密文上传 给CSP，D0为每个密钥KiEK生成一个Key ID、对应的Sub-Key IDs以及访问权限树T;
[0016] (1_2)AA初始化，D0将用户访问控制表发送给可信的属性认证机构AA，用户访问控 制表中包含Key ID和访问权限树T;
[0017] (1-3)用户注册，允许用户1]1向0六发送注册申请，CA为每个用户仏分配一个唯一的 身份Uidi，CA向AA发出属性注册请求，AA根据用户的角色或者身份来分配属性集Si给用户 Ui，并将属性集返回给CA，CA生成包含用户身份的Uidi和属性集Si的证书Ce% (，幻，CA 将证书通过安全通道发送给用户U。
[0018] 进一步的，所述步骤(2)中，对于Ki，参与者集合？={1]861〇3?，00}的秘密分割分 为以下三个步骤：
[0019] (2-l)D0将所有密钥KleK编码成ACSII码，这样做的目的为了满足所有数据类型 的数据；
[0020] (2-2)设t = 2，n = 3,确定一个三维的矢量X= {xi，X2，X3}，D0将Xi分配给piEP，且xi 的值是公开的；
[0021 ] (2-3 )D0随机地选择一个系数ai，则三个一次多项式Pi (x)分别定义为Pi (x) =aixi+ ao，P2(x) = aiX2+ao，P3(x) = aiX3+ao,多项式的值即为分割后的子秘密Sub-Key; DO为每个 Sub-Key随机生成一个Sub-Key ID，并建立索引表，将其中两个Sub-Key和Sub-Key ID随机 地分配给CSP和User，而User的Sub Key由AA暂存，DO将索引表发送给CSP。
[0022]进一步的，所述步骤(3)中User共享数据的具体过程为：
[0023] (3-1)用户User发送查询请求Query给CSP;
[0024] (3_2)CSP收到请求后，针对Query涉及数据的密钥集合QK，查询索引表后，将包含 Ki的Key ID和Sub-Key IDs的属性验证请求发送给AA;
[0025] (3-3) AA查询UACL表验证用户属性，如果用户属性合法，那么AA将kf 〃发送给用户 User，并将验证结果发送给CSP;
[0026] (3-4)如果CSP收到的是属性验证通过，那么CSP将密文数据和Sub-Key IDs对应的 k厂sp发送给User;如果收到的是不通过，那么CSP返回用户属性不合法；
[0027] (3-5)11861'收到1<：严*1和1<：尸1>后利用]^^抑1^6插值函数计算出1^，1]861'将1^的六3〇11 码翻译成明文值。
[0028]进一步的，所述步骤(3-3)中，AA查询用户访问控制表验证用户属性时，判断其属 性是否满足对应的权限访问树T，用户访问控制表中每个密钥都与权限访问树T关联，T的根 节点为T;具体验证步骤如下：
[0029] (3-3_1)如果1是1'的叶子节点，那么判断51是否属于属性集5，如果5； :运1则 rT(r) = o;如果 Sles，则以丫)二 1;
[0030] (3-3-2)如果x不是T的叶子节点，那么，先计算L(T)，其中V是x的子节点，rT(T)返 回1当且仅当至少k x个子节点返回1;
[0031] (3-3-3)如果2；(丫) = 1，那么用户User合法；如果!；〇〇 = 0,那么用户User不合法。
[0032] 进一步的，所述步骤(3-5)中，User收到KflPK厂后，若满足门限值2则恢复密钥 Ki；
[0033] 假设矢量X= {XI，X2，X3}，XI、X2和XB均是随机生成，例如XI = 20，X2 = 10，X3=30，User持有 X1，CSP持有X2，D0持有x3，User持有两个多项式的值Kf 〃 =汽x)lte = = P(#sp = f， 那么根据下式可以得到^的解为：
[0035]有益效果:本发明既能够允许User直接从CSP端获取共享数据，并且极大程度地减 轻D0在数据共享过程的工作量;方法还能对User的属性进行验证，以确保合法User才能获 取数据。
【附图说明】
[0036]图1为实施例中访问权限树T的示意图；
[0037]图2为实施例系统架构图；
[0038]图3为实施例的初始化和秘密分割阶段流程图，其中，步骤1-6为初始化阶段、步骤 7-9为秘密分割阶段；
[0039]图4为实施例中查询阶段架构图；
[0040] 图5为实施例中查询阶段的流程图。
【具体实施方式】
[0041] 下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施 例。
[0042] 本发明的面向云存储基于SMC的大数据共享方法包括以下三个阶段：
[0043] (1)初始化:D0完成对数据的加密和上传、AA初始化和用户注册。
[0044]如图3所示，（1-1 )D0首先用现有的加密算法加密数据并将密文上传给CSPJ0为每 个密钥heK生成一个Key ID、对应的Sub-Key IDs和访问权限树T。
[0045] (1-2 )AA初始化。D0将用户访问控制表(UACL)发送给可信的属性认证机构AA，UACL 见表1所示，UACL包含了Key ID和访问权限树T;其中，访问权限树T定义了密钥的访问结构。 假设密钥^的访问权限树h如图1所示，那么用户仏的属性si须满足 D}或Si={E，F}，才能恢复h的值。
[0047] (1-3)用户注册。系统允许用户U^CA发送注册申请，CA为每个用户U分配一个唯 一的身份Uidi，CA向AA发出属性注册请求，AA根据用户的角色
[0048] 或者身份来分配属性集&给用户U，并将属性集返回给CA，CA生成包含用户身份的 UicU和属性集&的证书^^^(^/^，^，(^将证书通过安全通道发送给用户山。
[0049] (2)秘密分割：D0通过（2,3)门限秘密共享方案将秘密（即KiEK)分成三份： K广、和，其中忙广'发送给AA暂为保存、发送给CSP、自己存储。对于Kl，参 与者集合P = {Us er，CSP，D0}的秘密分割分为以下三个步骤：
[0050] (2-l)D0将所有密钥KleK编码成ACSII码（图2中的翻译器编码）。这样做的目的为 了满足所有数据类型的数据。
[0051 ] (2-2)设我们设t = 2，n = 3。确定一个三维的矢量X= {xi，X2，X3}。00将Xi分配给P