一种云计算共享数据完整性公开审计方案_周虹

电子设计工程Electronic Design Engineering第24卷Vol.24第9期No.92016年5月May.2016收稿日期：2015-06-02稿件编号：201506028作者简介：周虹（1966—），女，山东莱西人，工程师。

研究方向：计算机应用。

利用云计算所提供的数据存储和分享服务，用户可以轻易的通过相互分享数据组成一个群组。

也就是说，群组内的用户可以创建数据并分享群组内的其他用户分享，这样的数据被称为共享数据。

群组内的用户不仅能够访问共享数据，而且可以对共享数据进行修。

尽管云服务提供商承诺为用户提供一个安全可靠的存储环境，但是存储在云端的数据的完整性仍然可能遭到破坏，比如说人为操作失误，或者软硬件故障[2]。

针对这个问题，许多研究者已经提出了一系列的解决方案[5-8，10]。

但是以上这些方案主要关注的是个人数据的完整性审计问题，即只有一个修改者的云数据的完整性验证问题。

Wang 等人[3]注意到了共享数据完整性验证问题，并针对云共享数据完整性验证场景提出了一个支持高效用户撤销的公开审计方法。

但是该方法利用代理重签名技术，当用户撤销发生时，允许云服务器代替群组成员将被撤销的用户之前所签名的数据块重签到一个合法的群组用户，故存在用户撤销的效率问题。

此外，该方法中云服务器必须知道每个数据块的确切签名者，因此存在用户身份隐私暴露的隐患。

文中针对上述问题，提出了一个支持隐私保护和高效用户撤销的云共享数据公开审计方案。

首先，引入了一个系统管理官（System Administrator ，SA ）来负责管理群组密钥。

当群组成员对共享数据修改之后，SA 生成一个初步签名密钥和一个对应的重签名密钥，并将前者发送给用户，后者发送给云服务器。

用户利用初步签名密钥对所修改的数据块进行签名，并将修改后的数据块和初步签名一起上传到云端。

云服务器利用重签名密钥将初步签名转换为最终签名。

这样的设计使得用户撤销变得非常简单，只需要将被撤销的用户从群组成员列表删除即可，而不再需要在用户撤销时对被撤销用户之前签名的数据进行重新签名了。

其次，我们将一种叫做随机掩盖[9]的技术引入完整性审计过程，对云服务器返回给第三方审计机构的信息进行盲化，从而确保第三方审计机一种云计算共享数据完整性公开审计方案周虹1，陈锋2（1.广州军区广州总医院广东广州510010；2.国防科学技术大学信息系统与管理学院，湖南长沙410073）摘要：在用户无法完全信任云服务提供商的前提下，对云端的数据完整性进行公开审计是当前的研究热点之一。

提出了一个支持隐私保护和高效用户撤销的云共享数据公开审计方案。

它通过引入了一个系统管理员SA 来负责管理群组密钥，对于共享数据修改，SA 生成一个初步签名密钥和一个对应的重签名密钥，用户利用初步签名密钥对所修改的数据块进行签名，并将修改后的数据块和初步签名一起上传到云端，云服务器利用重签名密钥将初步签名转换为最终签名。

理论分析表明该方案不仅能够支持隐私保护，而且在能够支持用户撤销时高效的共享数据完整性公开审计。

关键词：云计算；数据完整性；公开审计；用户撤销；隐私保护中图分类号：TN8文献标识码：A文章编号：1674－6236（2016）09-0060-03A public auditing solution for shared data in the cloudZHOU Hong 1，CHEN Feng 2（1.Guangzhou General Hospital of Guangzhou Command ，Guangzhou 510010，China ；2.School of Information System and Management ，Nation University of Defense Technology ，Changsha 410073，China ）Abstract:Recently several data integrity checking schemes have been proposed for secure shared data in the cloud storage ，which consider a realistic scenarios where multiple users can modifier the same data in the cloud.However ，most of these schemes may disclose sensitive data during the auditing process.Moreover ，they do not consider collusion between untrusted cloud and the revoked users.Besides ，bidirectional proxy re -signatures used in some schemes result in powerful capacity of the cloud ，which may misbehave utilizing the re -signing keys.In this paper ，we introduce a Group -Mediator （GM ）and propose a novel public auditing scheme for the integrity of shared data in the cloud ，which supports public auditing ，collusion resistance and efficient user revocation.We further integrate random masking technique to preserve data privacy from the TPA.Numerical analysis and experimental results demonstrate that the proposed scheme is secure and efficient.Key words:cloud computing ；data integrity ；public auditing ；user revocation ；privacy -preserving－60－DOI:10.14022/ki.dzsjgc.2016.09.018构无法从审计过程中得到任何与用户数据内容相关的信息。

1方案描述1.1方案概述1）系统模型和安全威胁模型在我们的方案中有4个实体：云服务器、第三方审计者（Third Party Auditor ，TPA ）、用户（通过共享数据组成群组）和系统管理者（System Administrator ，SA ）。

如图1所示，云服务器不仅为用户提供数据存储和共享服务，而且在重签名过程中充当了代理的角色；第三方审计者是具有专门技术和能力的第三方机构，能够代替用户对保存在云服务器上的数据的完整性进行审计；系统管理者作为群组的管理者，它维护者群组的用户列表并且负责为密钥生成，包括初步签名密钥和其对应的重签名密钥。

因为用户列表总需要一个维护者，不管它是群组的创建者还是其它实体，所以系统管理者的存在是合理的。

2）设计目标文中的目标包括以下3个方面。

首先，正确性：在存在用户撤销的情况系下，保证TPA 仍然能够在不取回所有数据的前提下正确验证共享数据的完整性；其次，高效性：保证用户撤销过程和审计过程是高效的；最后，保护隐私：保护用户身份隐私不泄露给云服务器，以及共享数据内容隐私不泄露给第三方审计者。

1.2预备知识为了能够详细描述我们所提出的方案，我们首先对方案中所用到的密码学技术进行介绍。

1）双线性映射设e :G ×G →G T 是一个双线性映射，其中G 是一个间隙Diffie-Hellman 群，G T 是另一个素阶数乘法循环群。

双线性映射具有以下3条性质：①可计算性。

存在一个高效可计算的算法能够计算e ；②双线性。

对所有g ，h ∈G 和a ，b 埸c p ，有e （g a ，h b ）=e （g ，h ）ab ；③非退化性。

e （g ，g ）≠1，其中g 是G 的生成元。

2）代理重签名Ateniese 等人在文献[4]中重新定义了代理重签名。

在Ateniese 的定义中，允许一个半可信的代理知道一些信息从而将A 对数据块的签名转换成B 的签名，并且要求代理机构不能够代表A 或B 独立产生签名。

利用代理将一个用户对数据的签名转换成另一个用户对同一数据的签名的过程就称为代理重签名。

3）支持动态数据为了在完整性公开验证过程中支持数据操作（即数据插入，删除，更新等），需要仔细设计的数据块标示。

利用文献[10-11]中的索引哈希表，用户能够在不改变其它数据块的标示的前提下对数据块进行修改。

具体方案如下：设v i ∈￥*为被修改的数据块m i 的虚拟索引，r i =H ′（m i ‖v i ），其中H ′:{0，1}*→￠q 是一个冲突避免的哈希函数，那么该数据块的标示定义为id i ={v i ，r i }。

1.3方案设计文中所提出的支持隐私保护的公开审计协议包括6个环节。

这6个环节分别是Setup ，KeyGen ，BasicSign ，Final ReSign ，ProofGen ，ProofVerify 。

在Setup 环节，SA 为群组产生一对公私钥对（cpk ，csk ）。

在KeyGen 环节，SA 为每个合法的签名请求随机生成一对签名密钥（BasicSignKey ，FinalReSignKey ），其中BasicSignKey 发送给用户在BasicSign 环节为所修改的数据块计算一个初步签名，FinalReSignKey 发送给云在FinalReSign 环节将初步签名重签到群组公钥。

当用户被撤销时，该用户将会被重用户列表中删除，并且SA 不再响应来自该用户的签名请求。

在ProofGen 环节，云服务器能够产生一个关于共享数据完整性的持有证明。

在ProofVerify 环节，一个公开验证者可以利用群组公钥cpk 来检查云服务器所生成的持有证明的正确性，从而判断共享数据是否完整。

符号定义：全局参数为（e ，p ，G ，G T ，g ，w ，H ，h ，H ′），其中G 是一个间隙Diffie-Hellman 群，是G T 另一个素阶数乘法循环群，e 是一个双线性映射e :G ×G →G T ，g 是G 的一个生成元，w 是G 里的一个随机元素，H 是一个哈希函数H:{0，1}*→G ，H ′:{0，1}*→￠q 是一个冲突避免的哈希函数。