一種具有高效用戶撤銷(xiāo)的密文策略屬性基加密方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種屬性基加密方法，具體涉及一種具有高效用戶撤銷(xiāo)的密文策略屬 性基加密方法，可用于云存儲(chǔ)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度訪問(wèn)控制和數(shù)據(jù)保護(hù)，屬于信息安全技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為新的密碼學(xué)原語(yǔ)，屬性基加密方法具有一對(duì)多加密的特性，可以用于細(xì)粒度 訪問(wèn)控制。屬性基加密方法主要包括兩種類(lèi)型，分別是密文策略屬性基加密方法和密鑰策 略屬性基加密方法。在密文策略屬性基加密方法中，密文關(guān)聯(lián)一個(gè)訪問(wèn)結(jié)構(gòu)，而用戶的私鑰 關(guān)聯(lián)一個(gè)屬性集合，只有私鑰關(guān)聯(lián)的屬性集合滿足密文的訪問(wèn)結(jié)構(gòu)的時(shí)候，用戶才能夠正 確得解密密文。密鑰策略屬性基加密方法正好和密文策略屬性基加密方法相反。密文策略 屬性基加密方法較密鑰策略屬性基加密方法更具有一般性，因?yàn)樵L問(wèn)結(jié)構(gòu)是由加密者自己 定義的。
[0003] 隨著云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的敏感數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在云服務(wù)器中，云計(jì)算的發(fā) 展面臨著云數(shù)據(jù)安全和數(shù)據(jù)訪問(wèn)控制等一系列安全問(wèn)題。在現(xiàn)實(shí)中，第三方提供的云存儲(chǔ) 服務(wù)往往不是完全可信任的，把訪問(wèn)控制交給這樣的服務(wù)器很可能會(huì)存在安全隱患。屬性 基加密方法應(yīng)用于云存儲(chǔ)環(huán)境中，不但可以保護(hù)云數(shù)據(jù)的安全，還可以實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度的訪問(wèn) 控制。盡管屬性基加密方法具有很多優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中仍需要解決一個(gè)棘手的問(wèn)題一一 撤銷(xiāo)。
[0004] 在屬性基加密方法中，每個(gè)用戶享有多個(gè)屬性，每個(gè)屬性也可以被多個(gè)用戶共享。 因此，撤銷(xiāo)問(wèn)題對(duì)于屬性基加密方法尤為困難，系統(tǒng)中單個(gè)用戶或者單個(gè)屬性的撤銷(xiāo)都有 可能影響到其他用戶甚至整個(gè)系統(tǒng)。如今，具有撤銷(xiāo)能力的屬性基加密方法已經(jīng)廣受密碼 學(xué)家的關(guān)注。按照撤銷(xiāo)的粒度，屬性基加密方法的撤銷(xiāo)可分為用戶撤銷(xiāo)、用戶屬性撤銷(xiāo)和系 統(tǒng)屬性撤銷(xiāo)三種；而按照撤銷(xiāo)的形式，屬性基加密方法的撤銷(xiāo)又可分為直接撤銷(xiāo)和間接撤 銷(xiāo)兩種。目前，最理想的撤銷(xiāo)方法應(yīng)該具有粒度較細(xì)的屬性撤銷(xiāo)能力，具有直接撤銷(xiāo)的撤銷(xiāo) 過(guò)程影響范圍小、撤銷(xiāo)操作簡(jiǎn)單等特性。然而，細(xì)粒度的屬性撤銷(xiāo)必然會(huì)帶來(lái)昂貴的計(jì)算代 價(jià)，而操作簡(jiǎn)單的直接撤銷(xiāo)方法又有可能帶來(lái)安全問(wèn)題。為了安全性，如今大部分基于屬性 的加密方法的撤銷(xiāo)機(jī)制都采用間接撤銷(xiāo)方法，同時(shí)，為了提高撤銷(xiāo)的效率，代理重加密等技 術(shù)被采用。
[0005] 抗合謀攻擊是屬性基加密方法應(yīng)該具備的基本條件。對(duì)于具有撤銷(xiāo)能力的屬性基 加密方法而言，不但要能夠抵抗有效用戶間的合謀攻擊，還要能夠抵抗有效用戶和撤銷(xiāo)用 戶間的合謀攻擊。因此，具有撤銷(xiāo)能力的屬性基加密方法要考慮更多的合謀攻擊類(lèi)型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種操作簡(jiǎn)單、安全性高的具有高 效用戶撤銷(xiāo)的密文策略屬性基加密方法，既能高效得執(zhí)行用戶撤銷(xiāo)操作，又能抵抗各種用 戶間合謀攻擊。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0008] 本發(fā)明的一種具有高效用戶撤銷(xiāo)的密文策略屬性基加密方法，包括以下幾個(gè)步 驟：
[0009] (A)系統(tǒng)建立步驟：屬性權(quán)威機(jī)構(gòu)AA從公鑰函數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)中隨機(jī)選取一套參數(shù)，包 括兩個(gè)階為素?cái)?shù)P的乘法循環(huán)群6和心、群G的生成元g以及雙線性對(duì)映射e:GXG -心;根 據(jù)選取的參數(shù)，AA生成系統(tǒng)公開(kāi)參數(shù)PK和主私鑰MK，并把系統(tǒng)公開(kāi)參數(shù)PK公開(kāi)而把主私 鑰MK私密保存；(B)用戶群建立步驟：用戶群管理者GM以系統(tǒng)公開(kāi)參數(shù)PK為輸入，生成用 戶群的群公鑰GPK、群私鑰GMK和用戶字典DIC，群管理者把群公鑰GPK公開(kāi)而把群私鑰GMK 和用戶字典DIC私密保存；（C)用戶私鑰生成步驟：用戶向AA提交自己的身份信息UID、屬 性集合S和所屬群信息GID ;AA收到用戶的申請(qǐng)后，首先通過(guò)與該用戶所屬群的交互來(lái)驗(yàn)證 該用戶身份（其交互過(guò)程是一個(gè)簽名和驗(yàn)證簽名的過(guò)程，為現(xiàn)有技術(shù)此處不再贅述），當(dāng)驗(yàn) 證通過(guò)后，AA利用主私鑰為該用戶生成與屬性集合S和所屬群信息GID相關(guān)聯(lián)的私鑰DSK， 并把私鑰DSK通過(guò)安全信道發(fā)送給用戶；同時(shí)，AA生成一個(gè)元組UP，UP通過(guò)一個(gè)安全信道 發(fā)送給用戶所屬群的管理員，群管理者保存UP到用戶字典DIC中；(D)加密步驟：數(shù)據(jù)擁有 者DO利用自定義的訪問(wèn)結(jié)構(gòu)A和選擇的群公鑰GPK對(duì)消息M進(jìn)行加密，加密產(chǎn)生密文CT并 上傳至云存儲(chǔ)服務(wù)器CSS ; (E)解密步驟：數(shù)據(jù)使用者DU從云存儲(chǔ)服務(wù)器CSS下載密文CT， 并利用滿足CT關(guān)聯(lián)的訪問(wèn)結(jié)構(gòu)A和用戶群信息GID的私鑰DSK進(jìn)行解密，還原消息M ; (F) 用戶群升級(jí)步驟：用戶群管理者GM以系統(tǒng)公開(kāi)參數(shù)PK為輸入，生成新的群公鑰GPK'、群私 鑰GMK'，并生成重加密密鑰Re-Key、更新用戶字典DIC中的元組為UP'，重加密密鑰Re-Key 發(fā)送給云存儲(chǔ)服務(wù)器CSS，字典中的每一個(gè)元組UP'發(fā)送給相對(duì)應(yīng)的用戶；(G)用戶升級(jí)步 驟：用戶利用收到的元組UP'升級(jí)自己的私鑰為DSK' ； (H)重加密步驟：云存儲(chǔ)服務(wù)器利用 收到的重加密密鑰Re-Key對(duì)屬于該群的密文CT進(jìn)行重加密操作，得到新的密文CT'。
[0010] 步驟㈧中，所述的系統(tǒng)公開(kāi)參數(shù)PK和系統(tǒng)主私鑰MK，按照如下方式生成：
[0011] Al:屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)隨機(jī)選取α，β e zp，其中，Zp表示集合{0, 1，2, 一4-24-1};
[0012] A2:屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)計(jì)算得到系統(tǒng)主私鑰為MK = {i3，g°}，計(jì)算得到系統(tǒng)公開(kāi)參數(shù) PK= {6,841!，6(8,8)°}，并且計(jì)算區(qū)1/|!;
[0013] A3:g1/e只向用戶群管理者公開(kāi)，用于執(zhí)行用戶撤銷(xiāo)操作。
[0014] 步驟（B)中，所述群公鑰GPK、群私鑰GMK和用戶字典DIC，按照如下方式生成：
[0015] BI:用戶群管理者隨機(jī)選取γ e Zp作為用戶群的群私鑰GMK ;
[0016] B2:用戶群管理者計(jì)算gY作為用戶群的群公鑰GPK ;
[0017] B3:用戶群管理者初始化用戶字典DIC，該字典初始化為空。
[0018] 步驟（C)中，所述私鑰DSK及元組UP，按照如下方式生成：
[0019] Cl:用戶群管理者為用戶生成一個(gè)證書(shū)δ = ghXHOiID)'其中，HO選用哈希 函數(shù)MD-5,該函數(shù)把一個(gè)字符串映射到群G中的一個(gè)元素，該證書(shū)發(fā)送給屬性權(quán)威機(jī)構(gòu)；
[0020] C2:屬性權(quán)威機(jī)構(gòu)驗(yàn)證證書(shū)的有效性，若e(g，δ ) = e(ge XH(UID)，gY)則執(zhí)行步 驟C3,否則退出并返回用戶錯(cuò)誤符號(hào)丄；
[0021] C3:對(duì)于所有屬性j e S，屬性權(quán)威機(jī)構(gòu)隨機(jī)選取一個(gè)指數(shù)Z p，其中，2|5表 示集合{0，1，2,…，p-2，p-l}，同時(shí)，屬性權(quán)威機(jī)構(gòu)隨機(jī)選取指數(shù)r g，r e Zp;屬性權(quán)威 機(jī)構(gòu)計(jì)算以1]10)1/=5八8 1{!并最終計(jì)算得到用戶私鑰051(={051(5,051((；1：)}，其中， _二供=滬+氣歡eS;g =碼勵(lì)以訊逆，輯==#}:，其中，j表示屬性集合中的任意屬性，而 化與D ,表示該屬性對(duì)應(yīng)的屬性密鑰，。級(jí)Wli = U^fex訊以/?)弋/)廣§^//設(shè)//))^=§"，其 中，％與D g'表示該用戶所對(duì)應(yīng)的用戶群密鑰；
[0022] C4:屬性權(quán)威機(jī)構(gòu)把DSK = {DSKs，DSKgieJ通過(guò)安全信道發(fā)送給用戶，計(jì)算UP = IUn^d1=HOJIDhd2= (gXH(UID)) 1/e}并發(fā)送給用戶所屬群的管理者。
[0023] 步驟D中，所述數(shù)據(jù)擁有者計(jì)算消息M的密文CT，按照如下方式生成：
[0024] Dl:數(shù)據(jù)擁有者定義一個(gè)樹(shù)形訪問(wèn)結(jié)構(gòu)A，獲取相關(guān)用戶群的群公鑰GPK ;
[0025] D2:數(shù)據(jù)擁有者隨機(jī)選擇Sl，s2e Zp，為訪問(wèn)結(jié)構(gòu)A中的根節(jié)點(diǎn)R隨機(jī)選擇一個(gè)dR 次多項(xiàng)式qR，其中dR= kR_l，其中，kR表示根節(jié)點(diǎn)R的秘密分享門(mén)限值，并且qR(0) = s2;
[0026] D3:為訪問(wèn)結(jié)構(gòu)A中的除根節(jié)點(diǎn)R的任意節(jié)點(diǎn)X選擇一個(gè)dx次多項(xiàng)式q x，其中 dx= k x_l，其中，1表示節(jié)點(diǎn)X的秘密分享門(mén)限值，并且q x(0) = qparantW (index(x))，函數(shù) parent (X)返回節(jié)點(diǎn)x的父節(jié)點(diǎn)，函數(shù)index(x)返回節(jié)點(diǎn)x在其父節(jié)點(diǎn)中的次序；
[0027] D4:依此類(lèi)推，最終為訪問(wèn)結(jié)構(gòu)A中的每一個(gè)葉子結(jié)點(diǎn)y選擇一個(gè)火次多項(xiàng)式qy， 其中dy= ky_l，其中，1^表示節(jié)點(diǎn)y的秘密分享門(mén)限值，并且qy(0) = qparantW (index(y))， qy(〇)作為秘密值參與加密運(yùn)算；
[0028] D5:數(shù)據(jù)擁有者計(jì)筧得到密f
[0029]
[0030] 其中，集合Y中的元素為訪問(wèn)結(jié)構(gòu)A中的葉子節(jié)點(diǎn)，att(y)函數(shù)表示葉子節(jié)點(diǎn)y所 對(duì)應(yīng)的屬性。
[0031 ] 步驟E中，消息M按照如下方式生成：
[0032] El:解密者調(diào)用一個(gè)遞歸解密函數(shù)DeCryptN〇de(CT，DSKs， X)，其中，CT是一個(gè)關(guān)聯(lián) 了訪問(wèn)結(jié)構(gòu)A的密文，05心是一個(gè)關(guān)聯(lián)了屬性集合S的私鑰，X是訪問(wèn)結(jié)構(gòu)A中的節(jié)點(diǎn)；
[0033] E2:x為葉子結(jié)點(diǎn)，令i = att (X)，其中，函數(shù)att (X)返回節(jié)點(diǎn)X所對(duì)應(yīng)的屬性，如 果i e S，則計(jì)算
否則，令Fx=丄；
[0034] E3: X為非葉子結(jié)點(diǎn)，為X的所有子節(jié)點(diǎn)z調(diào)用函數(shù)DecryptNode (CT, DSKs, z)，并 保存其輸出Fz，令Sx表示一個(gè)k x長(zhǎng)度的集合，該集合保存滿足條件F z辛丄的節(jié)點(diǎn)z，如果這 樣的集合存在，則計(jì)芻
，其中，氣表 示拉格朗日插值公式的系數(shù)表達(dá)式，其中輸入為0 ;否則，令Fx=丄；
[0035] E4:依此類(lèi)推，如果屬性集合S滿足訪問(wèn)結(jié)構(gòu)A，則遞歸函數(shù)會(huì)正確執(zhí)行
5則，令Fr=丄；
[0036] E5:解密者調(diào)用一個(gè)遞歸解密函數(shù)DecryptNode (CT，DSKgid, GID)，其中，CT是一個(gè) 關(guān)聯(lián)了訪問(wèn)結(jié)構(gòu)A的密文，051^1：)是一個(gè)關(guān)聯(lián)了用戶群的私鑰，GID是私鑰所關(guān)聯(lián)的用戶群 信息；
[0037] E6:如果GID與密文CT中關(guān)聯(lián)的用戶群信息一致，則計(jì)算^ =
§則，令Fg=丄；
[0038] E7: Sfr乒丄且Fg乒丄，解密者計(jì)算

*.最后恢復(fù)消息BRg S] = M _〇
[0039] 步驟F中，所述新的群私鑰GMK'、新的群公鑰GPK'、重加密密鑰Re-Key和新的用 戶元組UP'按照如下方式生成：
[0040] Fl:隨機(jī)選取γ' e Zp作為用戶群的群私鑰GMK' ；
[0041] F2:計(jì)算gY'作為用戶群的群公鑰GPK' ；
[0042] F3:計(jì)算重加密密鑰Re-Key = g(Y' γ)/?!，并發(fā)送給云存儲(chǔ)服務(wù)器執(zhí)行重加密操 作；
[0043] F4:為用戶群中的每一個(gè)用戶升級(jí)其對(duì)應(yīng)的元組UP，升級(jí)后為UP' = IUIDJ1 = H(UID)Y' Y，d2= (gXH(UID)) (γ' Y)/e}，把 UP' 發(fā)送給相應(yīng)的用戶。
[0044] 步驟G中，所述私鑰DSK'按照如下方式生成：
[0045] Gl:用戶收到升級(jí)后的UP'后，在其私鑰DSKs上執(zhí)行計(jì)算AU:/),=D,W 1 = ，其中，Cl1= H(UID) γ' γ;
[0046] G2:在其私鑰 DSKgid上執(zhí)行計(jì)算 D2= D2Xd2= (gXH(UID)) Y'/e，其中，d2 = (gXH(UID))(Y' γ)/?!。
[0047] 步驟H中，所述密文CT'按照如下方式生成：
[0048] Hl:云存儲(chǔ)服務(wù)器收到重加密密鑰后，對(duì)該群的密文執(zhí)行重加密計(jì)算^ = 0· e(Re-Key,C2) = M；
[0049] H2:云存儲(chǔ)服務(wù)器更新密文CT為CT'。本加密方法具有撤銷(xiāo)過(guò)程涉及用戶少、撤 銷(xiāo)代價(jià)小、撤銷(xiāo)效率高的優(yōu)點(diǎn)，并且本加密方法安全性高，可以抵抗多類(lèi)型用戶之間的合謀 攻擊。鑒于屬性基加密方案具有一次加密多人解密、細(xì)粒度訪問(wèn)控制特性，本加密方法可應(yīng) 用于云存儲(chǔ)環(huán)境中。
【附圖說(shuō)明】
[0050] 圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)圖；
[0051] 圖2為本發(fā)明的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052] 為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合
【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0053] -、本發(fā)明所應(yīng)用的數(shù)學(xué)理論說(shuō)明：
[0054] 1.雙線性對(duì)
[0055] 本發(fā)明中，雙線性對(duì)e:GXG - Gt是一個(gè)滿足雙線性性、非退化性和可計(jì)算性的映 射，它把素?cái)?shù)階群G中的兩個(gè)元素映射到素?cái)?shù)階群G t*的一個(gè)元素。
[0056] 2.拉格朗日系數(shù)
[0057] 對(duì)于d-1次多項(xiàng)式f (X)和集合S = U1, x2, . . .，xd}，元素 Xi和集合S相對(duì)應(yīng)的拉格 朗日系數(shù)）
丨據(jù)拉格朗日系數(shù)，可以按照如下方式計(jì)算出多項(xiàng)式f(x):
[0058] f (χ) = Σ j es Δ i Sf (Xi)
[0059] 其中，拉格朗日系數(shù)Ais是一個(gè)關(guān)于自變量χ的多項(xiàng)式。
[0060] 二、本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過(guò)程
[0061] 參照?qǐng)D1和圖2,引入用戶群的概念，用戶撤銷(xiāo)操作由用戶群管理者執(zhí)行，單個(gè)用 戶的撤銷(xiāo)只影響該用戶所在群中的用戶，并非系統(tǒng)中所有用戶，縮小了撤銷(xiāo)工作涉及的范 圍；為用戶私鑰關(guān)聯(lián)了用戶信息和群私鑰，有效防止各種類(lèi)型的合謀攻擊，提高安全性；同 時(shí)，代理重加密技術(shù)極大得減