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一种基于代理的云存储数据完整性检测方法

阅读：569发布：2020-06-11

专利汇可以提供一种基于代理的云存储数据完整性检测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于代理的云存储数据完整性检测方法，本发明支持指定代理人对云存储数据进行公开的完整性检测，通过使用哈希树保证证明不被云伪造，并且使用简单的伪随机函数和哈希操作来计算块标签；传统公开云存储完整性检测方法涉及复杂的双线性配对操作，需要昂贵的计算开销；而本方案中文件标签的计算采用开销很小的伪随机函数和哈希操作，证明的生成和检测过程只需要简单的代数操作和哈希运算，不需要复杂的双线性配对操作，所以相对于普通的数据完整性检测方法而言，本方法的计算效率更高。，下面是一种基于代理的云存储数据完整性检测方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于代理的云存储数据完整性检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一：系统初始化；设置安全参数λ，系统生成公开参数和私钥(PP,SK)；
步骤二：委托代理；生成委托证书W，发送给代理人；
步骤三：计算块标签；系统将文件F进行分块，计算文件标签T，并生成对标签的一个证据E；
步骤四：发送挑战请求；代理人随机选取c个数据块，对云发起数据完整性检测挑战Λ；
步骤五：生成文件证明；云收到挑战Λ，根据公开参数PP和文件F及其标签T，生成对文件的证明P，并发送给代理人；
步骤六：验证证明；代理人根据公开参数PP、挑战请求Λ、文件证明P和证据E检测证明的有效性，并将检测结果发送给用户。
2.根据权利要求1所述的一种基于代理的云存储数据完整性检测方法，其特征在于，所述步骤一中系统初始化的具体步骤为：
选择安全参数λ，用户选取λ比特长的素数p，有限域Zp的生成元g，随机的签名公私钥对(spk,ssk)，签名方案(Sig,Ver)，伪随机函数PRF，以及随机整数x,y∈Zp，计算X＝gx,Y＝gy；
云选取z∈Zp，计算Z＝gz，系统公开参数为PP＝(p,g,spk,PRF,X,Y,Z)。
3.根据权利要求1所述的一种基于代理的云存储数据完整性检测方法，其特征在于，所述步骤二中委托代理的具体步骤为：
S1：生成委托代理书w，委托书中包括委托人和代理人的身份信息以及有效期等信息，用户选择k∈Zp，计算K＝gk:；
S2：然后对委托代理书和k用私钥ssk签名得到W＝Sigssk(w,k)；
S3：最后将委托证书W发送给代理人；
S4：代理人收到后，验证签名的合法性Verspk(W)，若合法则接受委托，并进行下一步，否则拒绝。
4.根据权利要求1所述的一种基于代理的云存储数据完整性检测方法，其特征在于，所述步骤三中计算块标签的具体计算步骤为：
S100：对要上传的文件F＝{m1,...,mn}选取一个随机文件标识符id；
S200：然后对所有文件块mi(i＝[1,n])，计算αi＝x·PRF(Zk,i)+y·mi和
S300：令文件标签T＝(id,σ1,...,σn)；
S400：计算哈希树的根R，其中哈希树的叶子节点是n个有序块标签的哈希值，哈希值从
1到n；之后，用户使用私钥ssk签名(id,R)，得到S＝Sigssk(id,R)；
S500：令文件标签T的证据是E＝(id,S)；
S600：最后将(F,T,S)发送给云，E发送给代理人。
5.根据权利要求1所述的一种基于代理的云存储数据完整性检测方法，其特征在于，所述步骤四中发送挑战请求的具体步骤为：
代理人在集合(1,2,...,n)中随机选取c个元素组成挑战，生成集合I＝{(i,vi)}，其中vi∈Zp，(i∈[1,c]，c远小于n)，将挑战请求Λ＝(id,I)发送给云。
6.根据权利要求1所述的一种基于代理的云存储数据完整性检测方法，其特征在于，所述步骤五中生成文件证明的具体步骤为：
云接收到挑战请求之后，计算μ＝∑i∈Imi·vi和并将文件证明P＝(μ,β,{σi,Ωi}i∈I)发送给代理人，其中Ωi是节点σi对应的哈希树辅助路径信息。
7.根据权利要求1所述的一种基于代理的云存储数据完整性检测方法，其特征在于，所述步骤六中的验证证明具体表现为：
S1：代理人收到证明P之后，通过{σi,Ωi}i∈I计算根R′；
S2：若Verspk(S,(id,R′))＝1，则计算v＝∑i∈IPRF(Zk,i)·vi和δ＝Xv·Yμ；
S3：若δ＝β则证明有效，否则证明无效。

说明书全文

一种基于代理的云存储数据完整性检测方法

技术领域

[0001] 本发明属于云安全领域，涉及数据完整性检测技术，具体是一种基于代理的云存储数据完整性检测方法。

背景技术

[0002] 随着云存储技术的发展，越来越多的用户为了节省本地存储资源而将自己的数据上传到云端存储，然而云存储在给用户提供方便的同时，也带来了一些安全问题，例如云为了节省成本可能会删除一些用户长期未访问的数据。用户无法判断存储在云端的数据是否被修改，因此云存储服务器需要向用户提供证据来证明他们的数据没有被破坏。近年来，由于轻量级移动设备的普及，越来越多的用户希望能够在移动设备上随时随地地对外包数据的完整性进行检测。

[0003] 传统的云存储数据完整性检测方法是，用户从云端下载完整的数据，再和本地的数据进行比较，这种方法需要巨大的通信开销。针对此问题，一些学者研究并提出了高效的公开检测方案。现有的公开云存储数据完整性检测算法一般需要昂贵的双线性配对操作，效率低下，且不适合在轻量级移动设备上进行。在这种情况下，用户可以通过委托一个第三方代理进行外包数据的完整性检测。同时，我们希望检测方法尽可能的简单，以减少计算开销。为实现上述构想，现提出一种技术方案。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种基于代理的云存储数据完整性检测方法。

[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

[0006] 一种基于代理的云存储数据完整性检测方法，该方法包括以下步骤：

[0007] 步骤一：系统初始化；设置安全参数λ，系统生成公开参数和私钥(PP,SK)；

[0008] 步骤二：委托代理；生成委托证书W，发送给代理人；

[0009] 步骤三：计算块标签；系统将文件F进行分块，计算文件标签T，并生成对标签的一个证据E；

[0010] 步骤四：发送挑战请求；代理人随机选取c个数据块，对云发起数据完整性检测挑战Λ；

[0011] 步骤五：生成文件证明；云收到挑战Λ，根据公开参数PP和文件F及其标签T，生成对文件的证明P，并发送给代理人；

[0012] 步骤六：验证证明；代理人根据公开参数PP、挑战请求Λ、文件证明P和证据E检测证明的有效性，并将检测结果发送给用户。

[0013] 进一步地，所述步骤一中系统初始化的具体步骤为：

[0014] 选择安全参数λ，用户选取λ比特长的素数p，有限域Zp的生成元g，随机的签名公私x钥对(spk,ssk)，签名方案(Sig,Ver)，伪随机函数PRF，以及随机整数x,y∈Zp，计算X＝g ,Y＝gy；云选取z∈Zp，计算Z＝gz，系统公开参数为PP＝(p,g,spk,PRF,X,Y,Z)。

[0015] 进一步地，所述步骤二中委托代理的具体步骤为：

[0016] S1：生成委托代理书w，委托书中包括委托人和代理人的身份信息以及有效期等信息，用户选择k∈Zp，计算K＝gk:；

[0017] S2：然后对委托代理书和k用私钥ssk签名得到W＝Sigssk(w,k)；

[0018] S3：最后将委托证书W发送给代理人；

[0019] S4：代理人收到后，验证签名的合法性Verspk(W)，若合法则接受委托，并进行下一步，否则拒绝。

[0020] 进一步地，所述步骤三中计算块标签的具体计算步骤为：

[0021] S100：对要上传的文件F＝{m1,...,mn}选取一个随机文件标识符id；

[0022] S200：然后对所有文件块mi(i＝[1,n])，计算αi＝x·PRF(Zk,i)+y·mi和[0023] S300：令文件标签T＝(id,σ1,...,σn)；

[0024] S400：计算哈希树的根R，其中哈希树的叶子节点是n个有序块标签的哈希值，哈希值从1到n；之后，用户使用私钥ssk签名(id,R)，得到S＝Sigssk(id,R)；

[0025] S500：令文件标签T的证据是E＝(id,S)；

[0026] S600：最后将(F,T,S)发送给云，E发送给代理人。

[0027] 进一步地，所述步骤四中发送挑战请求的具体步骤为：

[0028] 代理人在集合(1,2,...,n)中随机选取c个元素组成挑战，生成集合I＝{(i,vi)}，其中vi∈Zp，(i∈[1,c]，c远小于n)，将挑战请求Λ＝(id,I)发送给云。

[0029] 进一步地，所述步骤五中生成文件证明的具体步骤为：

[0030] 云接收到挑战请求之后，计算μ＝∑i∈Imi·vi和并将文件证明P＝(μ,β,{σi,Ωi}i∈I)发送给代理人，其中Ωi是节点σi对应的哈希树辅助路径信息。

[0031] 进一步地，所述步骤六中的验证证明具体表现为：

[0032] S1：代理人收到证明P之后，通过{σi,Ωi}i∈I计算根R′；

[0033] S2：若Verspk(S,(id,R′))＝1，则计算v＝∑i∈IPRF(Zk,i)·vi和δ＝Xv·Yμ；

[0034] S3：若δ＝β则证明有效，否则证明无效。

[0035] 本发明的有益效果：

[0036] 本发明支持指定代理人对云存储数据进行公开的完整性检测，通过使用哈希树保证证明不被云伪造，并且使用简单的伪随机函数和哈希操作来计算块标签，不涉及复杂的双线性配对操作，提高了检测的计算效率；传统公开云存储完整性检测方法涉及复杂的双线性配对操作，需要昂贵的计算开销；而本方案中文件标签的计算采用开销很小的伪随机函数和哈希操作，证明的生成和检测过程只需要简单的代数操作和哈希运算，不需要复杂的双线性配对操作，所以相对于普通的数据完整性检测方法而言，本方法的计算效率更高。本发明简单有效，且易于实用。
附图说明

[0037] 为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

[0038] 图1为本发明的实现流程图。

具体实施方式

[0039] 如图1所示，一种基于代理的云存储数据完整性检测方法，该方法包括以下步骤：

[0040] 步骤一：系统初始化；

[0041] 选择安全参数λ，用户选取λ比特长的素数p，有限域Zp的生成元g，随机的签名公私钥对(spk,ssk)，签名方案(Sig,Ver)，该签名方案具体可以采用DSA数字签名标准算法；伪随机函数PRF，以及随机整数x,y∈Zp，计算X＝gx,Y＝gy；云选取z∈Zp，计算Z＝gz，系统公开参数为PP＝(p,g,spk,PRF,X,Y,Z)。

[0042] 步骤二：委托代理；

[0043] 用户生成委托代理书w，委托书中包括委托人和代理人的身份信息以及有效期等信息，用户选择k∈Zp，计算K＝gk，然后对委托代理书和k用私钥ssk签名得到W＝Sigssk(w,k)，最后将委托证书W发送给代理人。代理人收到后，验证签名的合法性Verspk(W)，若合法则接受委托，并进行下一步，否则拒绝。

[0044] 步骤三：计算块标签；

[0045] 首先，用户对要上传的文件F＝{m1,...,mn}选取一个随机文件标识符id，然后对所有文件块mi(i＝[1,n])，计算αi＝x·PRF(Zk,i)+y·mi和令文件标签T＝(id,σ1,...,σn)。接着，用户计算哈希树的根R，其中哈希树的叶子节点是n个有序块标签的哈希值(从1到n)。之后，用户使用私钥ssk签名(id,R)，得到S＝Sigssk(id,R)。令文件标签T的证据是E＝(id,S)。最后，用户将(F,T,S)发送给云，E发送给代理人。

[0046] 步骤四：发送挑战请求；

[0047] 代理人在集合(1,2,...,n)中随机选取c个元素组成挑战，生成集合I＝{(i,vi)}，其中vi∈Zp，(i∈[1,c]，c远小于n)，将挑战请求Λ＝(id,I)发送给云。

[0048] 步骤五：生成文件证明；

[0049] 云接收到挑战请求之后，计算μ＝∑i∈Imi·vi和并将文件证明P＝(μ,β,{σi,Ωi}i∈I)发送给代理人，其中Ωi是节点σi对应的哈希树辅助路径信息。

[0050] 步骤六：验证证明。

[0051] 代理人收到证明P之后，通过{σi,Ωi}i∈I计算根R′。若Verspk(S,(id,R′))＝1，则计算v＝∑i∈IPRF(Zk,i)·vi和δ＝Xv·Yμ。若δ＝β则证明有效，否则证明无效。

[0052] 方案分析：

[0053] 方案的正确性：

[0054] 如果所有的实体都是诚实的，则利用{σi,Ωi}i∈I生成的哈希树的根一定是R，且Verspk(S,(id,R))＝1一定成立。另外，δ＝β的公式推导过程如下：

[0055]

[0056] 方案的效率分析：

[0057] 传统公开云存储完整性检测方法涉及复杂的双线性配对操作，需要昂贵的计算开销。而本方案中文件标签的计算采用开销很小的伪随机函数和哈希操作，证明的生成和检测过程只需要简单的代数操作和哈希运算，不需要复杂的双线性配对操作，所以相对于普通的数据完整性检测方法而言，本方法的计算效率更高。

[0058] 本发明支持指定代理人对云存储数据进行公开的完整性检测，通过使用哈希树保证证明不被云伪造，并且使用简单的伪随机函数和哈希操作来计算块标签，不涉及复杂的双线性配对操作，提高了检测的计算效率。本发明简单有效，且易于实用。

[0059] 以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

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