一種支持可擴(kuò)展性的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種支持可擴(kuò)展性的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查方法，包括如下步驟：初始化階段，在外包數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)中心之前，數(shù)據(jù)源生成一對公私密鑰對，并將公鑰分發(fā)給數(shù)據(jù)中心和驗(yàn)證方；外包階段，數(shù)據(jù)源將各個文件分成塊，并且為每一個數(shù)據(jù)塊生成一個簽名，然后上傳數(shù)據(jù)塊及其簽名到數(shù)據(jù)中心；遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查階段，驗(yàn)證方首先發(fā)送一個驗(yàn)證請求給數(shù)據(jù)中心，然后數(shù)據(jù)中心從數(shù)據(jù)塊及其簽名中生成一小塊聚合的證據(jù)并將它發(fā)送回驗(yàn)證方，最后驗(yàn)證方對證據(jù)進(jìn)行檢查。本發(fā)明的方法采用簡單數(shù)學(xué)運(yùn)算代替現(xiàn)有方案所采用的加密操作，并讓多個數(shù)據(jù)元素共享僅有的少數(shù)幾個加密操作，顯著降低了數(shù)據(jù)流的計(jì)算成本，能夠有效降低遠(yuǎn)程完整性檢查通信成本，滿足了數(shù)據(jù)完整性保護(hù)機(jī)制新的安全和高效特點(diǎn)。
【專利說明】-種支持可擴(kuò)展性的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)安全的一種支持可擴(kuò)展性的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查方法，屬于物 聯(lián)網(wǎng)安全【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 如今，數(shù)據(jù)中也值Cs)已經(jīng)可W被廣泛使用，為了提供數(shù)據(jù)源值Ss)(如筆記本電 腦，智能手機(jī)，網(wǎng)站）的外包服務(wù)，需要設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查協(xié)議來確保外包數(shù)據(jù)沒有 被攻擊者破壞或丟失。
[0003] 當(dāng)數(shù)據(jù)的數(shù)量級達(dá)到太字節(jié)（TB)時，對于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查服務(wù)，可擴(kuò)展性是 一個嚴(yán)重的問題。由于有限的計(jì)算能力，數(shù)據(jù)源因?yàn)楹炇鸫笠?guī)模數(shù)據(jù)產(chǎn)生的極高的計(jì)算成 本得到了深切關(guān)注。不幸的是，當(dāng)前的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查技術(shù)主要關(guān)注的是可恢復(fù)性、隱 私保護(hù)和數(shù)據(jù)更新等屬性，并且假設(shè)數(shù)據(jù)源有足夠的計(jì)算資源用于簽名。然而，由于數(shù)據(jù)源 可能是一個資源受限的設(shè)備，使得該種假設(shè)可能是不成立的。
[0004] 一個針對太字節(jié)數(shù)量級數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查協(xié)議應(yīng)當(dāng)滿足下面的要求： (1)正確性。它允許數(shù)據(jù)源確保其外包數(shù)據(jù)既不會丟失也不會被惡意數(shù)據(jù)中也破壞。（2) 支持公共的驗(yàn)證方。由于一些原因（例如，一些數(shù)據(jù)源沒有驗(yàn)證能力），一個遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整 性檢查協(xié)議應(yīng)當(dāng)允許數(shù)據(jù)源委巧一個公共驗(yàn)證方來進(jìn)行完整性檢查過程，同時它應(yīng)當(dāng)允許 數(shù)據(jù)源作為驗(yàn)證方。（3)支持隱私保護(hù)。當(dāng)向數(shù)據(jù)中也外包敏感數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)源應(yīng)當(dāng)確保數(shù) 據(jù)不會泄露給公共驗(yàn)證方，它并沒有權(quán)限來訪問數(shù)據(jù)。（4)支持?jǐn)?shù)據(jù)更新。數(shù)據(jù)源應(yīng)當(dāng)被允 許更新它的外包數(shù)據(jù)。（5)支持批量驗(yàn)證。伴隨著數(shù)據(jù)中也的參與，驗(yàn)證方應(yīng)當(dāng)有能力驗(yàn)證 同時由多個數(shù)據(jù)源外包的數(shù)據(jù)。（6)可擴(kuò)展性?？蓴U(kuò)展性使得遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查協(xié)議在 處理大量數(shù)據(jù)時工作良好。
[0005] 顯然，設(shè)計(jì)一個支持可擴(kuò)展性的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查協(xié)議是一項(xiàng)重要的任務(wù)，因 為資源受限的數(shù)據(jù)源沒有能力簽署大量的數(shù)據(jù)。當(dāng)前的方案可W滿足需求（1)，（2)，（3)， (4)和巧），然而，需求（6)還是被廣泛地忽視了，該導(dǎo)致對于太字節(jié)數(shù)量級的數(shù)據(jù)，簽名和 驗(yàn)證成本仍然很高。更重要的是，當(dāng)考慮到研究主題，我們觀察到現(xiàn)存的加密原語都不可W 直接用于實(shí)現(xiàn)上述討論的目標(biāo)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的；為了解決上述的安全和效率問題，本發(fā)明提出了支持可擴(kuò)展性的一種 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查方法。
[0007] 技術(shù)方案；一種支持可擴(kuò)展性的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查方法，包括如下步驟：
[0008] (1)初始化階段；數(shù)據(jù)源值巧生成公私密鑰對，并將公鑰分發(fā)給數(shù)據(jù)中也值C)和 驗(yàn)證方；所述密鑰對中的私鑰用于簽名，密鑰對中的公鑰用于驗(yàn)證；該一階段使得初始化 后的兩個實(shí)體數(shù)據(jù)中也值C)和驗(yàn)證方方擁有共享的密鑰材料，確保在通信前后數(shù)據(jù)中也 值C)和驗(yàn)證方能使用正確的密鑰進(jìn)行簽名算法和驗(yàn)證。
[0009] (2)外包階段：數(shù)據(jù)源值巧將各個文件分成塊，為每一個數(shù)據(jù)塊生成一個簽名；并 將數(shù)據(jù)塊及其簽名發(fā)送到數(shù)據(jù)中也值C);該一階段使得數(shù)據(jù)中也值C)能夠確保只接收經(jīng) 過授權(quán)的數(shù)據(jù)源值巧提供的的數(shù)據(jù)塊W及簽名。
[0010] (3)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查階段；驗(yàn)證方發(fā)送驗(yàn)證請求給數(shù)據(jù)中也值C);數(shù)據(jù)中也 值C)從數(shù)據(jù)塊及其簽名中生成一小塊聚合的證據(jù)，并將證據(jù)發(fā)送回驗(yàn)證方；驗(yàn)證方檢驗(yàn)證 據(jù)，確保數(shù)據(jù)塊沒有被干擾或者丟失；檢查階段在初始化階段和外包階段的基礎(chǔ)上完成遠(yuǎn) 程數(shù)據(jù)完整性檢查過程，從而實(shí)現(xiàn)了將初始化階段生成的密鑰材料應(yīng)用到外包階段產(chǎn)生的 數(shù)據(jù)和簽名上。
[0011] 有益效果；本發(fā)明提供的支持可擴(kuò)展性的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查方法，采用簡單數(shù) 學(xué)運(yùn)算（例如模塊化乘法）代替現(xiàn)有方案所采用的加密操（例如楠圓曲線標(biāo)量乘法）作， 并讓多個數(shù)據(jù)元素共享僅有的少數(shù)幾個加密操作，顯著降低了數(shù)據(jù)流的計(jì)算成本（特別是 太字節(jié)數(shù)量級數(shù)據(jù)），能夠有效降低遠(yuǎn)程完整性檢查通信成本，滿足了數(shù)據(jù)完整性保護(hù)機(jī)制 新的安全和高效特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查的系統(tǒng)模型；
[0013] 圖2是本發(fā)明的初始化階段流程圖；
[0014] 圖3是本發(fā)明的外包階段流程圖；
[0015] 圖4是本發(fā)明的數(shù)據(jù)完整性檢查階段流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解該些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價 形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0017] 如圖1所示的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查方案的系統(tǒng)模型，包括H種實(shí)體；數(shù)據(jù)源值巧， 數(shù)據(jù)中也值C)和驗(yàn)證方。
[0018] 本發(fā)明包含H大部分內(nèi)容；初始化階段、外包階段和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查階段。
[0019] 如圖2所示的初始化階段，實(shí)現(xiàn)了公私密鑰對的生成及其從數(shù)據(jù)源值巧到數(shù)據(jù)中 也值C)和驗(yàn)證方的分發(fā)，具體操作為：
[0020] 步驟101 :數(shù)據(jù)源使用秘鑰生成算法（pk，sk) ^ KeyGenQk)來初始化完整性檢查 系統(tǒng)，它將安全參數(shù)k作為輸入，并將私鑰sk和公鑰pk作為輸出，其中，私鑰用于之后的簽 名，公鑰用于之后的驗(yàn)證；
[0021] 私鑰是一組隨機(jī)數(shù)sk = {sk。，ski, . . .，sksG Zp}，其中P是隨機(jī)選定的大素?cái)?shù)，Zp 是小于大素?cái)?shù)P的自然數(shù)，S是私鑰的個數(shù)，與公鑰個數(shù)相等，且應(yīng)小于P ;
[002引公鑰可W通過私鑰計(jì)算：首先計(jì)算-^ ^ \...，成=g"' E(/;'， 其中G是階數(shù)為P的加法群，g G G是生成器；然后隨機(jī)地生成U G G，并將pk = {pk。，pki,. . .，pks, u}作為輸出的公鑰。
[0023] 步驟102 ;數(shù)據(jù)源值巧將生成的公鑰分別發(fā)送給數(shù)據(jù)中也值C)和驗(yàn)證方兩個實(shí) 體。
[0024] 如圖3所示的外包階段，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)源值巧對文件的分塊，對數(shù)據(jù)塊的簽名，W及 與數(shù)據(jù)中也值C)的通信，具體操作為：
[00巧]步驟201 ;數(shù)據(jù)源值巧將數(shù)據(jù)文件M分塊M =咕}，再將每一個數(shù)據(jù)塊叫分區(qū)m i ={niji， nij2. . . nijg}；
[0026] 步驟202 ;數(shù)據(jù)源值巧使用簽名算法0 i^SigGen(sk，mi，metai)對每一個數(shù)據(jù)塊 進(jìn)行簽名；
[0027] 所述簽名算法將（sk，mi，metai)作為輸入，將簽名

【權(quán)利要求】
1. 一種支持可擴(kuò)展性的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 初始化階段：數(shù)據(jù)源生成公私密鑰對，并將公鑰分發(fā)給數(shù)據(jù)中心和驗(yàn)證方；所述密 鑰對中的私鑰用于簽名，密鑰對中的公鑰用于驗(yàn)證； (2) 外包階段：數(shù)據(jù)源將各個文件分成塊，為每一個數(shù)據(jù)塊生成一個簽名，并將數(shù)據(jù)塊 及其簽名發(fā)送到數(shù)據(jù)中心； (3) 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查階段：驗(yàn)證方向數(shù)據(jù)中心發(fā)送一個檢查請求，數(shù)據(jù)中心返回 聚合的證據(jù)給驗(yàn)證方進(jìn)行驗(yàn)證。
2. 如權(quán)利要求1所述的支持可擴(kuò)展性的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查方法，其特征在于，所述 數(shù)據(jù)源使用秘鑰生成算法（pk，sk) -KeyGen(lk)生成私鑰sk和公鑰pk，其具體步驟為： (1)生成一組隨機(jī)數(shù)作為私鑰sk= {skd,sky. . .，sksGZp}，其中p是一個選定的大的 素?cái)?shù)，Zp是小于p的自然數(shù)，s是密鑰對的個數(shù)，應(yīng)小于p; ⑵通過私鑰計(jì)算公鑰：pk= {pkQ,pki，…，pks,u}，其中風(fēng)=_eG，uGG，G是階 數(shù)為P的加法群，geG是生成器。
3. 如權(quán)利要求1所述的支持可擴(kuò)展性的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查方法，其特征在于，所述 數(shù)據(jù)源生成簽名的具體步驟為： (1) 數(shù)據(jù)源將數(shù)據(jù)文件M分塊M= {mj，再將每一個數(shù)據(jù)塊叫分區(qū)mi= {mn,mi2.. .mis}； (2) 使用簽名算法SigGen對每一個數(shù)據(jù)塊叫進(jìn)行簽名； 所述簽名算法將（sk^metai)作為輸入，將簽名^^斤^^^^^作為輸出：其 中metaf(name|i)唯一地標(biāo)識數(shù)據(jù)塊mpname是文件名，i是文件中的塊索引，n^j是數(shù) 據(jù)塊叫的第j個分區(qū)，H代表哈希函數(shù)，u是映射G中隨機(jī)產(chǎn)生的元素。
4. 如權(quán)利要求1所述的支持可擴(kuò)展性的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查方法，其特征在于，所述 驗(yàn)證請求由文件名name、文件中的塊索引i和考察值CiGZp組成。
5. 如權(quán)利要求1所述的支持可擴(kuò)展性的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查方法，其特征在于，所述 數(shù)據(jù)中心使用證據(jù)生成算法P-GenProof(M,①，Q)生成證據(jù)P; 所述證據(jù)生成算法將（M, ，Q) = {(metai,cj}作為輸入，將聚合的證據(jù)P= {>i，…，iis，〇 }作為輸出，其中M指數(shù)據(jù)文件，①指簽名，Q是從驗(yàn)證方接收的驗(yàn)證請求，1116七31=(1^1]16|；〇,(^￡21)是一個考察值，1]1。是數(shù)據(jù)塊11^的第」個分區(qū)，〇1是數(shù)據(jù)塊1]11
6. 如權(quán)利要求1所述的支持可擴(kuò)展性的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)完整性檢查方法，其特征在于，所述 驗(yàn)證方接收到證據(jù)P后，對證據(jù)P運(yùn)行驗(yàn)證算法{TRUE,FALSE} -VerifyProof(pk,P,Q); 所述驗(yàn)證算法將（pk，P，?作為輸入，如果
則表示輸入未通過驗(yàn)證，輸出FALSE，其中pk是公鑰，P是數(shù)據(jù)中心生成的證據(jù)，Q是驗(yàn)證方 接收的驗(yàn)證請求。
【文檔編號】H04L29/06GK104486311SQ201410734406
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】萬長勝, 劉軍 申請人:東南大學(xué)