[發(fā)明專利]云數(shù)據(jù)多副本完整性驗(yàn)證及關(guān)聯(lián)刪除的方法、云存儲(chǔ)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810092154.6
• 申請(qǐng)日: 2018-01-30
• 公開（公告）號(hào): CN108418796B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳曉峰;都林;張志為;陶曉玲;王勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L29/06
• 分類號(hào): H04L29/06;H04L29/08
• 代理公司: 西安長(zhǎng)和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發(fā)明屬于以協(xié)議為特征的云數(shù)據(jù)安全技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種云數(shù)據(jù)多副本完整性驗(yàn)證及關(guān)聯(lián)刪除的方法、云存儲(chǔ)系統(tǒng)，用戶隨機(jī)生成數(shù)據(jù)密鑰對(duì)文件副本進(jìn)行加密，同時(shí)用可信第三方頒發(fā)的控制密鑰對(duì)數(shù)據(jù)密鑰進(jìn)行加密，將密鑰與文件密文在保證安全的前提下外包給云端；并創(chuàng)建云端文件多副本關(guān)聯(lián)表，使用Merkle哈希驗(yàn)證樹與用戶預(yù)指定隨機(jī)刪除序列相結(jié)合的云數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證與關(guān)聯(lián)刪除策略。本發(fā)明消除了傳統(tǒng)加密方案中用戶對(duì)大量文件密鑰的管理開銷，提高了用戶對(duì)云密文數(shù)據(jù)的使用便捷程度，解決了用戶外包數(shù)據(jù)的安全備份問題，滿足了用戶對(duì)云端多副本數(shù)據(jù)的完整性驗(yàn)證與關(guān)聯(lián)刪除需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于以協(xié)議為特征的云數(shù)據(jù)安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種云數(shù)據(jù)多副本完整性驗(yàn)證及關(guān)聯(lián)刪除的方法、云存儲(chǔ)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，業(yè)內(nèi)常用的現(xiàn)有技術(shù)是這樣的：隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的快速發(fā)展，以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算為代表的技術(shù)服務(wù)越來越受個(gè)人用戶和企業(yè)用戶的青睞，越來越多的用戶將個(gè)人數(shù)據(jù)和企業(yè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端。在用戶需求與企業(yè)服務(wù)提供的雙重驅(qū)動(dòng)下，云存儲(chǔ)技術(shù)在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界都得到了廣泛關(guān)注。但云存儲(chǔ)給用戶帶來便利的同時(shí)也存在以下幾點(diǎn)問題與挑戰(zhàn)：1)云端明文存儲(chǔ)安全問題。云存儲(chǔ)使得數(shù)據(jù)的管理權(quán)與所有權(quán)相分離，云端明文數(shù)據(jù)面臨著諸多的安全隱患，如：信息篡改、信息泄露、信息殘留等。2)多副本備份問題。由于自然災(zāi)害以及云存儲(chǔ)設(shè)備不確定性故障等因素，用戶以及云存儲(chǔ)服務(wù)提供商對(duì)云端數(shù)據(jù)都有著多方備份的需求。3)密鑰管理問題。由于用戶數(shù)據(jù)量較大，用戶若對(duì)文件加密后上傳，則不能只用單密鑰對(duì)其進(jìn)行加密，但是用不同密鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密又會(huì)增加用戶對(duì)大量密鑰的維護(hù)成本。4)數(shù)據(jù)可驗(yàn)證刪除問題。數(shù)據(jù)在云端進(jìn)行多副本關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)后，用戶需要云服務(wù)提供商提供對(duì)被要求刪除的文件進(jìn)行徹底的、可驗(yàn)證的刪除證明，這也對(duì)云端數(shù)據(jù)刪除服務(wù)提出了新的挑戰(zhàn)。云端數(shù)據(jù)的確定性刪除是云數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)領(lǐng)域的核心技術(shù)，也是數(shù)據(jù)可信外包存儲(chǔ)的關(guān)鍵技術(shù)。它能確?？蛻粝蛟贫税l(fā)出的刪除操作能被云端正確執(zhí)行。在云環(huán)境中，數(shù)據(jù)的所有權(quán)和管理權(quán)相分離，為了保證云端數(shù)據(jù)的安全性，需要在數(shù)據(jù)外包前對(duì)其進(jìn)行加密處理，由此使對(duì)云端數(shù)據(jù)本身的刪除問題實(shí)際上轉(zhuǎn)化為對(duì)加密密鑰的管理問題。云端數(shù)據(jù)的安全刪除方案一般可分為以下三個(gè)領(lǐng)域展開：基于可信執(zhí)行環(huán)境的確定性刪除、基于密鑰管理的確定性刪除、基于訪問控制策略的確定性刪除?；诳尚艌?zhí)行環(huán)境的確定性刪除方案的核心思想是從硬件和軟件入手，構(gòu)建一個(gè)安全刪除的可信執(zhí)行環(huán)境。其中有方案利用TPM(trusted platform module，可信平臺(tái)模塊)和現(xiàn)代CPU可信執(zhí)行模式提供的安全存儲(chǔ)功能，在硬盤、閃存等持久性存儲(chǔ)介質(zhì)中，通過一個(gè)特殊的刪除口令，對(duì)數(shù)據(jù)密鑰實(shí)現(xiàn)了安全的、可驗(yàn)證的刪除；此外，有方案借助TMP作為硬件的可信基礎(chǔ)、虛擬機(jī)監(jiān)控器作為軟件的可信基礎(chǔ)，提出了一種云計(jì)算環(huán)境中用戶數(shù)據(jù)生命周期的隱私性管理及強(qiáng)制性數(shù)據(jù)銷毀協(xié)議。該類方案由于可信性計(jì)算技術(shù)暫不成熟，盡管該類方案可解決可信執(zhí)行環(huán)境中的數(shù)據(jù)殘留問題，但是卻不能推廣，且并沒有解決云端數(shù)據(jù)遷移、數(shù)據(jù)多副本以及刪除結(jié)果驗(yàn)證的問題?；诿荑€管理的確定性刪除方案將數(shù)據(jù)加密后存儲(chǔ)在云端，用戶對(duì)密鑰進(jìn)行管理，密鑰過期后實(shí)施對(duì)密鑰的安全刪除。首次提出的文件確定性刪除方法，以其方案提出的Ephemerizer系統(tǒng)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了一種加密密鑰過期后即被刪除以致文件不可恢復(fù)的系統(tǒng)，但是該系統(tǒng)存在著被中間人攻擊的威脅；有方案基于已有云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建了一個(gè)云覆蓋系統(tǒng)，并提出了文件與訪問控制策略以及控制密鑰一一關(guān)聯(lián)的，采用盲加密保護(hù)密鑰傳輸?shù)奈募_定性刪除方案；首次提出的數(shù)據(jù)自毀方案，將數(shù)據(jù)加密密鑰通過Shamir的(k,n)門限秘密分享處理后發(fā)布到大規(guī)模分散的DHT網(wǎng)絡(luò)中，利用DHT節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)的定期清除更新功能對(duì)秘密信息安全刪除，但該方案存在被hopping和sniffing攻擊的風(fēng)險(xiǎn)以及密鑰生存期短等問題。該類方案由于將對(duì)云端數(shù)據(jù)的管理與刪除轉(zhuǎn)化為對(duì)加密鑰進(jìn)行管理與刪除，所以有的存在密鑰殘留問題，有的無法實(shí)現(xiàn)隨時(shí)刪除需求，大多數(shù)沒有解決云端數(shù)據(jù)多副本備份以及刪除結(jié)果驗(yàn)證的問題?；谠L問控制策略的確定性刪除方案主要將刪除觸發(fā)條件用訪問控制策略的形式進(jìn)行了規(guī)定，當(dāng)滿足條件后將觸發(fā)刪除操作。首個(gè)給出了安全刪除形式化模型和安全定義的方案，利用基于策略和圖論的思想構(gòu)造了刪除策略表來進(jìn)行了訪問控制刪除操作；此外，有方案利用ABE加密機(jī)制實(shí)現(xiàn)云數(shù)據(jù)在多用戶之間細(xì)粒度的安全訪問與共享，提出基于密文采樣分片的確定性刪除方案。該類方案由于將文件刪除問題轉(zhuǎn)化為對(duì)文件的訪問控制策略上，因此沒有提供對(duì)云端文件本身刪除的證明，較少考慮云端數(shù)據(jù)多副本備份以及刪除結(jié)果驗(yàn)證的問題。以上是云端確定性刪除的部分國(guó)內(nèi)外研究方案的概括，上述方案中很少有考慮云端多副本確定性刪除以及對(duì)云端數(shù)據(jù)可驗(yàn)證刪除問題。在可驗(yàn)證刪除方向，有方案利用TPM作為可信硬件基礎(chǔ)，結(jié)合Diffie-Hellman集成加密算法以及非交互的Chaum-Pedersen零知識(shí)證明方案提出了一種可公開驗(yàn)證的云端數(shù)據(jù)刪除方案；還有結(jié)合Merkle驗(yàn)證樹以及雙線性對(duì)提出了一種云端數(shù)據(jù)完整審計(jì)和刪除方案；此外，有方案通過自定義集成文件物理、邏輯地址、唯一標(biāo)識(shí)ID、副本目錄、副本元數(shù)據(jù)為一體的RAO對(duì)象，并針對(duì)該對(duì)象提出相應(yīng)的刪除方案來完成云端數(shù)據(jù)的多副本關(guān)聯(lián)刪除。盡管以上方案從可驗(yàn)證刪除或者多副本關(guān)聯(lián)刪除進(jìn)行了設(shè)計(jì)，但是也只是從其中的一方面進(jìn)行方案構(gòu)想，并沒有把兩者相結(jié)合。