[發明專利]云存儲中數據完整性保護方法

有效

• 申請號: 201410705930.7
• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN104408381A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 姚念民;徐文霞;譚國真;戰福瑞;陳炳才
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F21/64
• 分類號: G06F21/64
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李寶元;梅洪玉

技術領域

本發明屬于計算機應用技術領域，涉及一種云存儲中的數據完整性的保護方法。

背景技術

隨著信息化進程的深入和數字設備市場的蓬勃發展，數據量正在成倍地增長，海量數據的存儲和管理促進了云存儲的使用和發展。用戶將私密信息存儲到云服務器中，保護這些數據的完整性才能保證用戶放心安全地使用云存儲服務。目前保護云存儲中數據完整性的方案大多采用可證明數據持有(provable?data?possession，PDP)和數據證明與恢復(proof?of?retrievability，POR)兩種方案。PDP利用云存儲計算數據某部分散列值等方式來驗證云端是否丟失或刪除數據，當發現有數據損壞時向用戶發送報告，并交給用戶進行處理；POR在檢驗出數據不完整時，還能提供數據恢復功能。

發明內容

本發明提出一種云存儲中數據完整性的保護方法，將數據文件和驗證時需要的摘要信息都存放在云服務器中，減少了用戶本地的存儲開銷。

本發明的技術方案如下：

(1)生成數據文件的MAC

將數據文件分成n個數據塊，并使用以用戶密鑰k為參數的MAC函數對每個數據塊進行摘要計算，得到每個數據塊的摘要信息M；

(2)利用摘要信息M計算得到M的存儲位置

對摘要信息M利用hash函數計算得到摘要信息M在云存儲服務器中的存放位置(a,p)；a表示存儲摘要的文件位置，p表示在此文件中的偏移位置；同時為每個摘要信息添加標識位S，標識位S表明此摘要信息是否占用了某存儲位置，或者存儲位置是否存儲了某摘要信息，并且每個數據塊都有一個描述信息E，描述信息包括數據塊所屬的文件名和該數據塊在該文件中的位置等，使用以用戶密鑰k為參數的任意加密算法對描述信息進行加密處理；可以預先建立多個空白摘要文件，也可以隨著存儲數據的增多動態建立和增加空白摘要文件。每個新建立的空白摘要文件中所有的標示位S都為未占用狀態。

(3)不同時將數據文件和M存放到預定的位置

將數據文件存放到預定的位置，并將附加標識信息S、加密后的描述信息E以及摘要信息M存放到位置(a,p)處；同時為了不被敵手發現數據塊與其摘要信息的存儲地址之間的對應關系，不同步寫數據塊與其摘要信息，延遲或批量寫摘要信息或者打亂寫摘要信息的順序；

(4)數據驗證

在驗證階段，用戶從云存儲服務器中讀取數據塊Block，并對數據塊進行和存儲時同樣的處理操作，重新計算得到該數據塊的摘要信息M以及存儲在云存儲服務器中的驗證信息的存放位置，從云服務器中讀取該數據塊的摘要信息M_c，并和重新計算得到的摘要信息M進行比較，如果相同，則完整性驗證通過，否則，可以確認數據已被篡改。數據塊與其摘要信息不是同時讀的。

存儲摘要信息的地址是由其自身通過hash變換得到的，由hash函數的特性可知有可能會產生地址沖突，當存儲摘要信息發生地址沖突時，需要使用沖突處理函數進行地址沖突處理，以免覆蓋掉有用信息；

每個數據文件被分成等長的n個數據塊，得到n個等長的摘要信息M₁、M₂、...、M_n，對每個摘要信息hash處理后得到n個摘要信息的存放位置(a₁,p₁)、(a₂,p₂)、...、(a_n,p_n)，這樣n個數據塊的摘要信息并不是存放在一起的，而是依據相應的處理機制分開存儲的。如果知道(a，p)，可以快速定位該摘要信息的存儲位置。數據文件最后一塊如果不足一塊的大小,可以添加特殊的字符湊成一塊。

在驗證階段時，讀取的摘要信息有可能是發生過沖突的，當標識位為假時，說明數據完整性被破壞；當標識位為真，描述信息不符時，需采用上述的相同沖突處理函數進行沖突處理，以期找到正確的存儲位置讀取到正確的驗證信息，然后再進行摘要信息的比較。

數據文件和數據塊的摘要信息并不存放在一起，而是分開存儲，隱藏它們的存儲地址之間的對應關系，增大敵手分析的難度。不同步寫數據塊與其摘要信息，防止敵手竊聽其對應關系。同時，每個數據文件分塊之后，得到的每個數據塊的摘要信息也并不是存放在一個文件里的，而是分散在多個文件中。