一種分層屬性加密方案的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及數(shù)據(jù)加密技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種分層屬性加密方案。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于屬性的加密體制（AB巧是基于身份加密的一個重要分支。在基于屬性的加 密體制中，身份信息不再只是由一個元素來表示，而是被一系列描述性的屬性取而代之，同 時添加了一個靈活的訪問結(jié)構(gòu)，該訪問結(jié)構(gòu)由若干個屬性W及口限組合而成，只有當(dāng)訪問 結(jié)構(gòu)和屬性集合相匹配時，才能夠成功解密出正確的明文消息。屬性加密機制的最大優(yōu)點 是，不必指定由誰解密，只要接收方符合所設(shè)定的條件就能夠成功解密。屬性加密機制不 再是簡單的一對一加密，而是一種支持多對多模式的新型公鑰加密，即解密對象不再只是 某一具體的用戶，而是面向一個符合解密條件的一個群體?；趯傩缘募用荏w制大致可 W把它分為兩大類：基于密鑰策略的屬性的加密（KP-AB巧和基于密文策略的屬性的加密 (CP-AB巧。屬性加密在實際中有廣泛的應(yīng)用場景，比如分布式計算，網(wǎng)絡(luò)存儲等。
[0003] 基于密文策略的屬性加密方案，訪問結(jié)構(gòu)與密文相關(guān)，用戶私鑰則用屬性集來標 識，運樣訪問結(jié)構(gòu)是在加密過程中由加密者來規(guī)劃，系統(tǒng)公鑰由授權(quán)機構(gòu)來生成，僅當(dāng)解密 屬性集滿足密文中的訪問結(jié)構(gòu)時可W解密得到明文。
[0004] 而現(xiàn)實生活中，屬性集合中的屬性根據(jù)它們的重要程度可W被分成不同的層次， 例如教授運個屬性，可W分層成正教授和副教授兩個層次，因此就有了分層的基于屬性的 加密（CP-HAB巧。在運種加密機制中，每個用戶在系統(tǒng)中都擁有一個分層的屬性集。加 密者向系統(tǒng)中擁有某個屬性集的用戶加密一個消息，其中密文包含了一種分層的訪問結(jié) 構(gòu)，只有當(dāng)用戶屬性的分層滿足訪問結(jié)構(gòu)的分層時，才能解密消息。運種CP-HABE可W看 成是傳統(tǒng)CP-ABE方案的一種形式，即所有屬性都在同一層次上。目前運種CP-HABE方案 被證明在判定性（q-parallel)雙線性Diffie-Hellman指數(shù)假設(shè)下是安全的?，F(xiàn)有的運 種基于分層訪問結(jié)構(gòu)的CP-HABE方案的安全性僅達到了在判定性（q-parallel)雙線性 Diffie-Hellman指數(shù)假設(shè)下是安全的。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽0化]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在提供一種分層屬性加密方案，通過采用改進的 分層的訪問結(jié)構(gòu)，使運算次數(shù)更少效率更高，還在加密時對于分層的每個屬性都將分層的 訪問結(jié)構(gòu)的對應(yīng)行嵌入進去，從而實現(xiàn)分層和細粒度訪問結(jié)構(gòu)相結(jié)合；另外根據(jù)雙系統(tǒng)加 密技術(shù)加入混合階雙線性群元素；從而在標準模型下實現(xiàn)分層屬性加密的完全安全級別。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] 一種分層屬性加密方案，包含消息M;所述方案包括如下步驟：
[0008] Sl初始化建立算法：首先輸入包含所有屬性的屬性集合U，屬性在不同的分層 中；然后選擇一個階為N=P1P2P3雙線性復(fù)合群G，P1、P2、P3為不相同的素數(shù)，々表示 階為Pi的子群，i= 1，2, 3 ;然后選擇隨機指數(shù)a和曰、隨機群元素疫E馬、疋EGa，其 中，a,aG4, 4表示I至N-I的整數(shù)；對于U中的|U|個屬性元素，選擇對應(yīng)的群元素EG,,，則公共參數(shù)PK和主密鑰MSK分別為： 陽009]PK=扣g,g。，e(g,g)a，hi,......，h|u|};
[0010]MSK={a,X3}； W11] 其中，e(g，g)a表示雙線性對； 陽01引S2令屬性集合S為屬性集合U的分層子集，根據(jù)屬性集合S、公共參數(shù)PK、消息M和一個提前生成的分層口限訪問結(jié)構(gòu)（Mv，P)將屬性集合U所有層次的屬性均用一個表達 式進行加密得到密文CT，其中，函數(shù)P表示分層訪問結(jié)構(gòu)Mv中的行到屬性的映射；令屬性 集合S的每一層的屬性數(shù)量超過該層口限，使S滿足分層的訪問結(jié)構(gòu)；
[0013] S3通過主密鑰MSK和屬性集合S，結(jié)合步驟Sl中的子群Gp,生成密鑰SK;
[0014] S4通過訪問結(jié)構(gòu)Mv對應(yīng)的密文CT和屬性集合S對應(yīng)的密鑰SK恢復(fù)出消息。
[0015] 需要說明的是，步驟S2中，所述分層口限訪問結(jié)構(gòu)（Mv，P)的生成方法具體如下：
[0016] 1)系統(tǒng)初始化
[0017] 定義函數(shù)f的運算規(guī)則如下：每進行一次f運算，就將多項式的常數(shù)項變?yōu)?,自 變量的系數(shù)不變，次數(shù)減1，設(shè)a、b、C、d為確定的常實數(shù)，則有：
[0018] f(a+bx+cyd) =O+b+cyd1;
[0019] f(I巧x+3x4) = 0+化 3又3;
[0020] 設(shè)也n)是一個分層的秘密共享系統(tǒng)，主要由一個秘密分發(fā)者D和n個參與者 組成，屬性集合U是n個參與者的集合，且包含m個層次，即(/ =U：L〇(/,，其中對于i聲j， 1]1〇1]產(chǎn)（1);令:1€二化.}晉〇是一個單調(diào)遞增的整數(shù)序列0<4。<41<...<1^。，并且 kmi<km-l，ki是每一層的口限值，則也n)分層的口限訪問結(jié)構(gòu)就是要屬性集合U中每個 參與者U分配秘密信息S的一個秘密份額O(U)，使其滿足W下訪問結(jié)構(gòu)：
[0022] 滿足上式所描述的訪問結(jié)構(gòu)的分層的參與者子集S稱為授權(quán)子集，可W恢復(fù)主秘 密，而不滿足上述訪問結(jié)構(gòu)的任何用戶子集將無法獲得關(guān)于主秘密的任何信息；
[0023] 2)子秘密分發(fā)
[0024] 秘密分發(fā)者D任意選取t-1個隨機數(shù)曰1，. ..，at1和一個大素數(shù)q，然后構(gòu)造多項 式P(X) =s+aix+. . .+atixt1，其中S是需要被共享的主秘密；系統(tǒng)中的每個參與者U對應(yīng) 域里面的一個元素表示其身份，用U，表示，D根據(jù)參與者所處的層次i計算參與者的秘密份 額 口(!|',)=尸；（",），其中： 陽0 巧]Po(X)=P(X); 陽犯6] Pi(X) = (P(X)) =f(P(X));
[0027]Pi(U) =f(PiI(U));
[00測C表示多項式P(X)經(jīng)過ki歡f運算后在域元素U,處的值；k1 1是第i-1 層的口限值且令k1= 0,D公開)，...，(T的,)};Im表示第m層中擁有屬性集合S的元素 數(shù)量；
[0029] 如秘密恢復(fù)
[0030] 令S二扣，...刪U，ISI表示S所具有的元素數(shù)量，設(shè)定滿足：
[0031]
[0032] V川，GtZi;
[0033] …
[0034] V/,。,……化Et/"; 陽03引其中，U。，…，Um表示集合U的第0至m層，0《1?！丁禝m=間，當(dāng)且僅 當(dāng)對于所有的0《i《m，k1，S為一個授權(quán)子集，即符合訪問結(jié)構(gòu)，則S中所有的參與 者合作時，可W組成系數(shù)矩陣Mv,其中系數(shù)矩陣按行編寫為：
[0036]
[0037] S中的所有參與者可W合作解出如下的方程組：
[0041] 可W看出，若S滿足訪問結(jié)構(gòu)，就可W重構(gòu)出多項式P(X)，從而恢復(fù)出秘密S;進一 步，運個訪問結(jié)構(gòu)可W等價于分層矩陣的LSSS的訪問結(jié)構(gòu)，即令aI...II。?",}被定義為 I=U:P(j)GS}，如果令= 緝是秘密S的一個子秘密，則存在常數(shù){>,EZJ使 得E.jEIw.j^j=S，其中，（3 =的，...,。,_, )r，Zn表示1到N的整數(shù)集合；W.j在秘密共享生成 矩陣My大小的多項式時間內(nèi)總可W被找到，就可W恢復(fù)出來主秘密。
[0042] 需要說明的是，步驟S2中具體包括如下步驟：
[0043] 2. 1)令訪問結(jié)構(gòu)Mv是一個jXt矩陣； 柳44] 2.扣選擇一個隨機向量P二炒Q=Wp......心）瑞表示1到N的整數(shù)集合 中的任意t個，其中，S表示秘密值，yi,......，yt1為秘密值S的分享巧1，......，yt1表示 的都是要構(gòu)造的多項式的系數(shù)，而秘密值S是多項式的常數(shù)項在為每個用戶分配子秘密的 時候，yi，......，yt1起到了隱藏主秘密S的目的，最后S就分散在運些子秘密中； W45] 2.如令4^'|。W[t/ ,ISI表示S所具有的元素數(shù)量，設(shè)定滿足：
[0046] Vi，...，Vz"el/〇; W47] v,.u+,，...，Vae￡7,;
[0048] …
[0049] 心沁，。',:斯,,G
[0050] 其中，U。，…，Um表示集合U的第0至m層，0《1?！丁禝m=間，當(dāng)且僅 當(dāng)對于所有的0《i《m，有ki，Ii表示第i層中擁有集合S的元素數(shù)量，ki表示第i 層中集合S的元素數(shù)量口限； 陽051] 然后對于所有的j= 1，. . .，1。，. . .，Im,