基于无双线性对的可信云数据完整性验证方案

doi:10.11772/j.issn.1001-9081.2021101780

《计算机应用》唯一官方网站 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (12): 3769-3774.DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2021101780

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基于无双线性对的可信云数据完整性验证方案

袁文勇¹, 李秀广¹^,²(), 李瑞峰¹, 易铮阁¹, 杨晓元¹^,³

^1.武警工程大学密码工程学院, 西安 710086
^2.综合业务网理论及关键技术国家重点实验室(西安电子科技大学), 西安 710071
^3.网络与信息安全武警部队重点实验室, 西安 710086

收稿日期:2021-10-18 修回日期:2022-01-07 接受日期:2022-01-24 发布日期:2022-03-04 出版日期:2022-12-10
通讯作者: 李秀广
作者简介:袁文勇（1997—），男，广东梅州人，硕士研究生，主要研究方向：云计算、密码学
李瑞峰（1998—），男，辽宁沈阳人，硕士研究生，主要研究方向：密码理论、云审计
易铮阁（1999—），男，湖南湘潭人，硕士研究生，主要研究方向：公钥密码学、信息安全
第一联系人：杨晓元（1959—），男，湖南湘潭人，教授，硕士，主要研究方向：密码学、信息安全。
基金资助:
国家重点研发计划项目(2017YFB0802000);国家自然科学基金资助项目(62172436)

Trusted integrity verification scheme of cloud data without bilinear pairings

Wenyong YUAN¹, Xiuguang LI¹^,²(), Ruifeng LI¹, Zhengge YI¹, Xiaoyuan YANG¹^,³

^1.College of Cryptographic Engineering，Engineering University of PAP，Xi’an Shaanxi 710086，China
^2.State Key Laboratory of Integrated Services Networks （Xidian University），Xi’an Shaanxi 710071，China
^3.Key Laboratory of PAP for Cryptology and Information Security，Xi’an Shaanxi 710086，China

Received:2021-10-18 Revised:2022-01-07 Accepted:2022-01-24 Online:2022-03-04 Published:2022-12-10
Contact: Xiuguang LI
About author:YUAN Wenyong，born in 1997， M. S. candidate. His research interests include cloud computing， cryptography.
LI Ruifeng，born in 1998， M. S. candidate. His research interests include cryptographic theory， cloud audit.
YI Zhengge, born in 1999， M. S. candidate. His research interestsinclude public key cryptography， information security.
YUAN Wenyong，born in 1997， M. S. candidate. His research interests include cloud computing， cryptography.
YANG Xiaoyuan， born in 1959， M. S.， professor. His research interests include cryptography， information security.
Supported by:
National Key Research and Development Program of China(2017YFB0802000);National Natural Science Foundation of China(62172436)

摘要/Abstract

摘要：

针对云审计中第三方审计机构（TPA）可能存在的恶意欺骗行为，提出一种无双线性对的、能够正确检查TPA行为的可信云审计方案。首先，利用伪随机比特生成器生成随机挑战信息，以保证TPA生成挑战信息可靠；其次，在证据生成过程中增加哈希值，从而有效保护用户数据隐私；然后，在证据验证过程中，增加用户和TPA结果的交互过程，根据这个结果检查数据完整性，并判断TPA是否如实完成审计请求；最后，扩展该方案以实现多项数据的批量审计。安全分析表明，所提方案能够抵抗替换攻击和伪造攻击，且能保护数据隐私。相比基于Merkle哈希树的无双线性对（MHT-WiBPA）审计方案，所提方案的验证证据时间接近，而标签生成时间降低约49.96%。效能分析表明，所提方案在保证审计结果可信的前提下，实现了更低的计算开销和通信开销。

关键词: 第三方审计机构, 完整性, 无双线性对, 可信云审计, 伪随机比特生成器

Abstract:

Focusing on the malicious cheating behaviors of Third Party Auditor （TPA） in cloud audit， a trusted cloud auditing scheme without bilinear pairings was proposed to support the correct judgment of the behaviors of TPA. Firstly， the pseudo-random bit generator was used to generate random challenge information， which ensured the reliability of the challenge information generated by TPA. Secondly， the hash value was added in the process of evidence generation to protect the privacy of user data effectively. Thirdly， in the process of evidence verification， the interactive process between users and TPA results was added. The data integrity was checked and whether TPA had completed the audit request truthfully or not was judged according to the above results. Finally， the scheme was extended to realize batch audit of multiple data. Security analysis shows that the proposed scheme can resist substitution attack and forgery attack， and can protect data privacy. Compared with Merkle-Hash-Tree based Without Bilinear PAiring （MHT-WiBPA） audit scheme， the proposed scheme has close time for verifying evidence， and the time for generating labels reduced by about 49.96%. Efficiency analysis shows that the proposed scheme can achieve lower computational cost and communication cost on the premise of ensuring the credibility of audit results.

Key words: third party auditor, integrity, without bilinear pairings, trusted cloud auditing, pseudo-random bit generator

中图分类号:

TP309.2

袁文勇, 李秀广, 李瑞峰, 易铮阁, 杨晓元. 基于无双线性对的可信云数据完整性验证方案[J]. 计算机应用, 2022, 42(12): 3769-3774.

Wenyong YUAN, Xiuguang LI, Ruifeng LI, Zhengge YI, Xiaoyuan YANG. Trusted integrity verification scheme of cloud data without bilinear pairings[J]. Journal of Computer Applications, 2022, 42(12): 3769-3774.

图/表 6

图1 可信审计模型

Fig. 1 Model of trusted audit

表1 计算开销对比

Tab.1 Comparison of computational cost

方案	TagGen	ProofGen	VerifyProof
文献［8］方案	nH+2nE+nM	H+（2c+1）M+ （c+1）E	（c+1）H+（c+1）M+（c+2）E+2P
文献［17］方案	nH+2nE+nM	H+（2c+1）M+ （c+1）E	cH+（c+1）M+ （c+2）E
MHT-WiBPA^［18］	2nH+（2n+2）E	H+（c+1）E+2cM	2H+3E+（c+1）M
本文方案	2nH+nE	0	3E+cM

表2 通信开销对比

Tab.2 Comparison of communication cost

方案	挑战发送阶段	返回证据阶段	总通信开销
文献［8］方案	$c P + n$	$3 G 1$	$c P + n + 3 G 1 =$ 160c+512
文献［17］方案	$c P + n$	$2 G 1 + P$	$2 G 1 + (c + 1) P + n = 160 c + 512$
MHT-WiBPA^［18］	$c P + n$	$3 G 1 + 2 c P$	$3 G 1 + 3 c P + n =$ 480c+512
本文方案	$c P + n$	2 $P$	$(c + 2) P + n =$ 160c+352

表2 通信开销对比

Tab.2 Comparison of communication cost

方案	挑战发送阶段	返回证据阶段	总通信开销
文献［8］方案	$c P + n$	$3 G 1$	$c P + n + 3 G 1 =$ 160c+512
文献［17］方案	$c P + n$	$2 G 1 + P$	$2 G 1 + (c + 1) P + n = 160 c + 512$
MHT-WiBPA^［18］	$c P + n$	$3 G 1 + 2 c P$	$3 G 1 + 3 c P + n =$ 480c+512
本文方案	$c P + n$	2 $P$	$(c + 2) P + n =$ 160c+352

图2 标签生成时间

Fig.2 Time of label generation

图3 证据生成时间

Fig.3 Time of evidence generation

图4 验证证据时间

Fig.4 Time of verifying evidence

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