[發明專利]基于層次默克爾哈希樹的輕型動態數據完整性審計方法

有效

• 申請號: 201910967915.2
• 申請日: 2019-10-12
• 公開（公告）號: CN110958109B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 田秀霞;劉天順;牛曉宇;周傲英
• 申請（專利權）人: 上海電力大學
• 主分類號: H04L9/06
• 分類號: H04L9/06;H04L9/40;H04L67/1097;G06F21/64
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 柏子雵

本發明公開了一種基于層次默克爾哈希樹的輕型動態數據完整性審計方法，包括步驟：1)數據擁有者對數據構建層次默克爾哈希樹，在節點上存儲數據信息，并且引入局部根節點；2)云端數據庫利用位置敏感哈希技術存儲數據擁有者的數據；3)云端數據庫根據可信第三方審計的挑戰信息生成挑戰證據；4)可信第三方審計對證據進行完整性審計；5)對數據進行動態操作時，云端數據庫生成證據，可信第三方審計對動態數據進行完整性審計。與現有技術相比，本發明具有較高的審計效率，能有效地降低通信及計算開銷，并且支持高效的數據更新。

技術領域

本發明屬于計算機和密碼學的交叉領域，尤其是涉及一種基于層次默克爾哈希樹的輕型動態數據完整性審計方法。

背景技術

隨著網絡數據的日益規模化和集成化，云端數據庫逐漸成為大數據時代數據的主要存儲模式。云端數據庫是一個以數據存儲和管理為核心的云計算系統，能為數據提供動態可伸縮的存儲服務，其最大特點是存儲即服務。企業越來越傾向將本地數據的維護和管理工作外包給服務器提供商，從而降低設備升級、更新、維護等各個方面的運營成本。

然而，云端數據庫是不可信的。數據擁有者為了節省本地存儲空間，在將數據上傳到云端后，通常會刪除本地數據，這在物理上將失去對數據的控制。由于網絡攻擊、服務器設備故障等原因，使得存儲在云端的數據可能被刪除或者篡改，這將導致數據擁有者利益受到嚴重損害。為此，有些人已經提出了多種面向云端數據完整性的審計方案，基于此類方案，數據擁有者能夠對存儲在云端的數據進行完整性審計，并且及時監控和檢測存儲在云端的數據。

在云端數據庫中能夠支持數據動態操作的完整性審計方案是至關重要的，這將決定云端數據庫服務發展的深度和廣度。現有的眾多支持動態操作的審計方案僅僅只是提出了模型，而且只能應用于特定的具體問題。對于現在云端存儲具有采集頻率高、更新速度快等特點的大數據，現有方案在數據檢索效率和動態更新等方面存在不足，因此并不適用于云端數據的動態完整性審計。

發明內容

本發明的目的是：對數據進行完整性審計時，能夠對實現云端數據的快速審計，并且支持高效的動態數據更新。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種基于層次默克爾哈希樹的輕型動態數據完整性審計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、數據擁有者生成數據完整性審計的系統參數和私鑰；

步驟2、對數據構建層次默克爾哈希樹，并且在節點上存儲節點信息，同時引入局部根節點，其中，層次默克爾哈希樹是由一個根節點以及若干局部根節點、中間節點和葉子節點構成的。葉子節點是根據數據擁有者上傳云端數據庫的數據進行哈希運算得到的；中間節點是根據相鄰的兩個子節點哈希級聯運算得到的；局部根節點是局部默克爾哈希樹的根節點，根據中間節點經過哈希級聯運算得到的；根節點是根據局部根節點經過哈希級聯運算得到的。節點上存儲的節點信息為Φ，則有Φ＝(f(v_ij),Para_ij,ψ_ij)，式中，f(v_ij)是數據m_ij的哈希值，Para_ij是認證證書，ψ_ij是屬性信息；

步驟3、對葉子節點、局部根節點和根節點Root生成標簽，然后將數據連同標簽和節點信息一起上傳到云端數據庫中，并將它們從本地刪除；

步驟4、利用位置敏感哈希技術將數據擁有者上傳的數據存儲在云端數據庫；

步驟5、可信第三方審計通過向云端數據庫發送挑戰信息來檢查上傳的數據是否被完好保存；

步驟6、云端數據庫在接收到可信第三方審計的挑戰信息后，為挑戰的數據生成相應的完整性證據，并將證據返回給可信第三方審計以證明數據的完整性；

步驟7、可信第三方審計在接收到云端數據庫返回的證據后，對證據進行完整性審計，并根據結果判斷數據是否完好；