可搜索公钥加密研究进展

doi:10.11772/j.issn.1001-9081.2022020234

《计算机应用》唯一官方网站 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (3): 794-803.DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2022020234

所属专题：网络空间安全

可搜索公钥加密研究进展

宋文帅, 邓淼磊(), 马米米, 李昊宸

河南工业大学信息科学与工程学院，郑州 450001

收稿日期:2022-03-02 修回日期:2022-05-13 接受日期:2022-05-13 发布日期:2022-08-16 出版日期:2023-03-10
通讯作者: 邓淼磊
作者简介:宋文帅（1998—），男，河南郑州人，硕士研究生，CCF会员，主要研究方向：信息安全、密码学
邓淼磊（1977—），男，河南南阳人，教授，博士，CCF会员，主要研究方向：信息安全、密码学
马米米（1987—），女，河南新乡人，讲师，博士，CCF会员，主要研究方向：信息安全、密码学
李昊宸（1995—），男，河南郑州人，硕士研究生，CCF会员，主要研究方向：信息安全、密码学。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(61902111);河南省重大公益专项(201300311200)

Research progress in public-key encryption with keyword search

Wenshuai SONG, Miaolei DENG(), Mimi MA, Haochen LI

College of Information Science and Engineering，Henan University of Technology，Zhengzhou Henan 450001，China

Received:2022-03-02 Revised:2022-05-13 Accepted:2022-05-13 Online:2022-08-16 Published:2023-03-10
Contact: Miaolei DENG
About author:SONG Wenshuai， born in 1998， M. S. candidate. His research interests include information security， cryptography.
MA Mimi， born in 1987， Ph. D.， lecturer. Her research interests include information security， cryptography.
LI Haochen， born in 1995， M. S. candidate. His research interests include information security， cryptography.
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(61902111);Major Public Welfare Project of Henan Province(201300311200)

摘要/Abstract

摘要：

随着大数据和云计算技术的不断发展，云平台成为存储海量数据的首选，而用户数据隐私与安全是云计算环境中最重要的问题之一。为确保数据的安全，用户通常将敏感数据加密后再存储在云服务器中，如何在云上高效检索这些密文数据成为了挑战。可搜索加密技术允许用户通过关键词直接检索密文数据，为实现密文数据的高效检索提供了有效的办法，在保护数据隐私的同时减少了通信和计算开销。近几年，可搜索公钥加密（PEKS）技术为了应对不同平台和应用场景，出现了大量基于不同困难问题、查询方式、改变结构的扩展方案。因此针对安全扩展和功能扩展，围绕时下应用需求在权限共享、密钥管理问题、细粒度搜索和访问控制能力方面对PEKS扩展方案进行综述，并对具体阐述的方案性能进行深入对比分析，指出存在的优势与不足。最后对PEKS技术的发展趋势进行总结和展望。

关键词: 云安全, 数据隐私, 可搜索公钥加密, 关键词猜测攻击, 安全模型

Abstract:

With the continuous development of big data and cloud computing technology， cloud platforms have become the first choice for massive data storage， and user data privacy and security has become one of the most important issues in cloud computing environment. In order to ensure security of data， users usually encrypt sensitive data and then store it in cloud servers. And how to efficiently retrieve ciphertext data on the cloud becomes a challenge. Searchable encryption technology provides an effective method for solving efficient retrieval of ciphertext by allowing users to directly retrieve ciphertext data through keywords， which protects data privacy while reducing communication and computing overhead. In recent years， in order to cope with different platforms and application scenarios， Public-key Encryption with Keyword Search （PEKS） technology has produced a large number of extension schemes based on different difficult problems， query methods， and changing structures. For security extensions and functional extensions， PEKS extension schemes were reviewed in terms of permission sharing， key management issues， fine-grained search and access control capabilities of current application requirements， and the performance of the specifically described solutions were compared and analyzed in depth， pointing out the advantages and shortcomings. Finally， the development trends of PEKS technology was summarized and prospected.

Key words: cloud security, data privacy, Public-key Encryption with Keyword Search (PEKS), keyword guessing attack, security model

中图分类号:

TP309.7

宋文帅, 邓淼磊, 马米米, 李昊宸. 可搜索公钥加密研究进展[J]. 计算机应用, 2023, 43(3): 794-803.

Wenshuai SONG, Miaolei DENG, Mimi MA, Haochen LI. Research progress in public-key encryption with keyword search[J]. Journal of Computer Applications, 2023, 43(3): 794-803.

图/表 11

图1 PEKS系统模型

Fig. 1 PEKS system model

图2 PEKS安全模型中的博弈过程

Fig. 2 Game process in PEKS security model

表1 PEKS典型方案对比

Tab. 1 Comparison of typical PEKS schemes

方案	通信量	服务器端存储量	服务器端检索效率	加密效率	假设
BDOP-PEKS	$g$	$∑ i = 1 n l i g + l b p$	1次对运算	1次对运算	BDH
KR-PEKS	$6 g$	$∑ i = 1 n l i 3 g + k$	O（1）	O（K）	DDH
DS-PEKS	$4 g l b N$	$4 g l b N ∑ i = 1 n l i$	O（N）	O（N）	QIP

表1 PEKS典型方案对比

Tab. 1 Comparison of typical PEKS schemes

方案	通信量	服务器端存储量	服务器端检索效率	加密效率	假设
BDOP-PEKS	$g$	$∑ i = 1 n l i g + l b p$	1次对运算	1次对运算	BDH
KR-PEKS	$6 g$	$∑ i = 1 n l i 3 g + k$	O（1）	O（K）	DDH
DS-PEKS	$4 g l b N$	$4 g l b N ∑ i = 1 n l i$	O（N）	O（N）	QIP

图3 PREKS系统模型

Fig. 3 PREKS system model

表2 PREKS方案对比

Tab. 2 PREKS scheme comparison

方案来源	性能分析			安全分析
方案来源	Encrypt	Trapdoor	Test	Definition	假设
文献［47］	（4l+3）E	E	2e	wIND-CCA	q-BDHI
文献［48］	3E+e	3E	2E+e	IND-CKA	qDBDH，DBDH，HDH
文献［49］	（l+4）E	（l+1）E	（l+2）e	IND-CKA	DBDH，DDH
文献［51］	3E+2e+h	E+h	E+e+2H	IND-CKA	mBDH，qDBDHI
文献［52］	n（（l+1）E+e）	m（l+1）E	n（E+（l+1）e）	IND-CKA	l-ABDHE

图4 PEKS-IBE系统模型

Fig. 4 PEKS-IBE system model

表3 PEKS-IBE方案对比

Tab. 3 PEKS-IBE scheme comparison

方案来源	性能分析			安全分析
方案来源	Encrypt	Trapdoor	Test	Definition	假设
文献［15］	4λJ	4λE	4λ（J+E）	IND-CKA	QIP
文献［25］	（5+n²）E+e	5E+e	nE+4e	IND-CKA	DBDH
文献［56］	5T_sm+2e	3T_sm+e	T_sm+4e	IND-CKA	BDH，CDH
文献［57］	3T_sm+e	2T_sm	2T_sm+2e	IND-CKA	BDH，CDH
文献［58］	2e+h+3E	h+3T_sm+4E	2e+T_sm+2E	IND-CKA	DBDH

图5 无证书PEKS系统模型

Fig. 5 Certificateless PEKS system model

表4 无证书PEKS方案对比

Tab. 4 Certificateless PEKS scheme comparison

方案来源	性能分析			安全分析
方案来源	Encrypt	Trapdoor	Test	Definition	假设
文献［60］	4E+7e	4E	2E+e	IND-CKA	BDH
文献［61］	5E	8E	4e	CI	DLIN
文献［63］	5E+3e	2E	3E+e	IND-CKA	BDH
文献［66］	3E	E	E	IND-CKA	CDH
文献［67］	4E+3e	E	6e+E	IND-CKA	BDH

图6 传统公钥加密和ABE的对比

Fig. 6 Comparison of traditional public key encryption and ABE

表5 ABEKS方案对比

Tab. 5 ABEKS schemes comparison

方案来源	性能分析			安全分析
方案来源	Encrypt	Trapdoor	Test	Definition	假设
文献［70］	（2N+4）E	（2S+4）E	NE+（2N+3）e	IND-CKA	DLIN
文献［71］	（2+S）E+e	（3+3N）E	2E	IND-CKA	DBDH
文献［73］	（3+S）E+e	2E	4e	IND-CKA	BDH
文献［74］	（2+2N）E+e	（2N+1）e	E+（2N+1）e	SeS	DBDH

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可搜索公钥加密研究进展

Research progress in public-key encryption with keyword search

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