面向云计算平台的密文访问控制系统及其访问控制方法

面向云计算平台的密文访问控制系统及其访问控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于云服务技术领域，尤其涉及一种面向云计算平台的密文访问控制系统 及其访问控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着信息技术的发展，云计算（CloudComputing)成为全球信息技术领域的研宄 热点和产业创新发展的重要机遇。云计算是一种可以更有效地利用计算资源为用户提供各 种数据服务的新型计算模式，其将大量的计算资源、存储资源和软件资源链接在一起，运用 虚拟技术，为用户提供可定制的计算、存储和应用服务，避免用户自身繁重的基础设施的构 建和维护。云计算以其便利、经济、高可扩展性等优势受到越来越广泛的关注。然而，在繁 华热闹的云盛宴背后，集中管理的云计算中心将成为黑客攻击的重点目标，由于前所未有 的开放性与复杂性，其安全性面临着比以往更为严峻的考验。
[0003] 在云计算平台中，由于采用数据远程托管技术，云服务提供商是数据的物理拥有 者，与数据属主并不在同一个信任域中。云服务提供商管理着多个用户及其资源，当用户跨 边界访问其它用户资源时，需要采用一定的访问控制方案来控制对数据和服务的访问。但 实际中，由于云计算平台是采用虚拟化存储技术，云计算服务同底层硬件环境之间是松耦 合的，不同用户的数据间缺乏固定不变的安全边界，由此增加了在云计算平台对数据实施 访问控制的难度。
[0004] 现有的云计算平台可采用传统的基于属性的加密方案。基于属性的加密方案可以 作为基于身份的密码体制的泛化和扩展，更详细地说，在基于身份的密码体制中加入访问 结构的概念就可以得到基于属性的加密方案。但基于属性的加密方案从基于身份的密码体 制继承了密钥托管的问题，即是说，所有用户的用户私钥是通过一个完全可信的密钥生成 中心来产生和分发的。在这种情况下，一个怀恶意的密钥生成中心可以解密任何用户的所 有密文，更有甚者，密钥生成中心可能恶意地分发用户私钥。同时，在云计算平台上，用户无 法信赖云服务提供商忠实的实施用户定义的访问控制方案，安全性差。

【发明内容】

[0005] 本发明的目的在于提供一种面向云计算平台的密文访问控制系统，旨在解决现有 采用基于属性加密方案的云计算平台中，用户的私钥是通过一个完全可信的密钥生成中心 来产生和分发，以及无法信赖云服务提供商忠实实施用户定义的访问控制方案，由此带来 访问控制系统安全性差的问题。
[0006] 本发明是这样实现的，一种面向云计算平台的密文访问控制系统，所述系统包 括：
[0007] 授权中心，用基于属性加密机制，生成系统的第一公共参数和第一主私钥，之后基 于属性加密机制生成用户的第一私钥，将所述第一私钥分发给用户；
[0008] 云端，用于生成系统的第二公共参数和第二主私钥，之后结合所述第二公共参数 和所述授权中心生成的所述第一公共参数生成并公布最终公共参数，并根据所述第二主私 钥生成用户的第二私钥，之后将所述第二私钥分发给用户；
[0009] 由用户运行的客户端，用于对所述第一私钥和所述第二私钥进行整合，得到最终 用户私钥，还用于当需要上传数据时，根据输入的所述最终公共参数、访问结构和消息编 号，对需上传数据进行加密，之后将得到的密文和消息编号上传到所述云端，还用于当需要 共享数据时，向所述云端发出访问请求以获取密文和消息编号，并根据所述最终用户私钥 和所述最终公共参数，对所述云端发送的密文进行解密。
[0010] 本发明的另一目的在于提供一种如上所述的面向云计算平台的密文访问控制系 统的访问控制方法，所述方法包括以下步骤：
[0011] 授权中心基于属性加密机制生成系统的第一公共参数和第一主私钥，之后基于属 性加密机制生成用户的第一私钥，将所述第一私钥分发给共享用户，并将所述第一公共参 数公布在云端；
[0012] 云端生成系统的第二公共参数和第二主私钥，并结合所述第一公共参数和所述第 二公共参数生成并在所述云端公布最终公共参数，并根据所述第二主私钥生成用户的第二 私钥，之后将所述第二私钥分发给用户；
[0013] 用户对所述第一私钥和所述第二私钥进行整合，得到最终用户私钥；
[0014] 数据属主运行客户端，根据输入的所述最终公共参数、访问结构和消息编号，对需 上传数据进行加密，之后将得到的密文和所述消息编号上传到云端；
[0015] 共享用户运行客户端，向云端发出访问请求以获取密文和消息编号，并根据所述 最终用户私钥和所述最终公共参数，对云端发送的密文进行解密。
[0016] 本发明提出的面向云计算平台的密文访问控制系统及其访问控制方法针对传统 的属性加密方案所存在的密钥托管问题，将用户的一部分私钥生成工作交给授权中心完 成，将用户的其余部分私钥生成工作交给云端完成，授权中心与云端分别独立且不能共谋， 从而保证了用户数据的隐私性和机密性，保证了数据属主的数据安全，同时支持对访问者 实施细粒度的访问控制，进而提高了云计算平台的实用性、安全性与可靠性。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明实施例提供的面向云计算平台的密文访问控制系统的结构图；
[0018] 图2是本发明实施例提供的面向云计算平台的密文访问控制系统的访问控制方 法的流程图。
【具体实施方式】
[0019] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0020] 针对现有云计算平台采用的基于属性加密方案所存在的密钥托管问题，本发明面 向云计算平台的密文访问控制系统及方法中，将用户的一部分私钥生成工作交给授权中心 完成，将用户的其余部分私钥生成工作交给云端完成。
[0021] 图1示出了本发明实施例提供的面向云计算平台的密文访问控制系统的结构，为 了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
[0022] 详细地，本发明实施例提供的面向云计算平台的密文访问控制系统包括：授权中 心1，用基于属性加密机制，生成系统的第一公共参数和第一主私钥，之后基于属性加密机 制生成用户的第一私钥，将第一私钥分发给用户；云端2,用于生成系统的第二公共参数和 第二主私钥，之后结合第二公共参数和授权中心1生成的第一公共参数生成并公布最终公 共参数，并根据第二主私钥生成用户的第二私钥，之后将第二私钥分发给用户；由用户运行 的客户端3,用于对第一私钥和第二私钥进行整合，得到最终用户私钥，还用于当需要上传 数据时，根据输入的最终公共参数、访问结构和消息编号，对需上传数据进行加密，之后将 得到的密文和消息编号上传到云端2,还用于当需要共享数据时，向云端2发出访问请求以 获取密文和消息编号，并根据最终用户私钥和最终公共参数，对云端2发送的密文进行解 您 I_Lj〇
[0023] 本发明中，用户可进一步区分为数据属主和共享用户，数据属主、共享用户分别是 客户端3的运行主体。其中，数据属主是数据文件的所有者，可以创建、更新、删除数据，同 时希望将数据加密后上传至云端2以实现数据共享；共享用户是希望从云端2下载共享数 据的一方。数据属主需要根据系统属性的信息定义共享数据的密文的访问控制方案，共享 用户所拥有与属性集合相关的密钥只有满足数据属主制定的访问结构时，才能成功解密密 文，这样便使得数据属主能够自由控制共享用户访问自身提供的共享数据。同时，数据属主 不需一直在线，不仅提高了数据共享的灵活性，且保护了数据的机密性。
[0024] 应当理解，定义数据属主与共享用户的目的是为了区别运行客户端12的主体在 系统某次运行过程中的功能是上传数据或下载数据，因而在系统某次运行过程中的数据属 主可以是另一次运行过程中的共享用户，同样地，在系统某次运行过程中的共享用户可以 是另一次运行过程中的数 据属主。
[0025] 本发明中，授权中心1是指除数据属主和共享用户之外、与云端2交互的第三方， 主要完成最终用户私钥的分发、用户注册、信息和最终用户私钥的管理工作。一方面，授权 中心1需要维护各用户上传的用户信息，并为各用户分发相应的属性信息，并根据属性信 息为相应的用户生成第一私钥并将第一私钥分发给用户；另一方面，授权中心1需要产生 系统所需的第一公共参数和第一主私钥。同时，授权中心1也负责对用户的属性信息进行 相应的动态管理，例如，对用户或其属性的动态更新、添加或删除等。
[0026] 本发明中，云端2即云服务提供商或称数据共享中心，其一直在线并提供用户数 据存储服务。为解决用户私钥的托管问题，云端2生成第二公共参数和第二主私钥，还需为 每一用户生成并分发第二私钥。系统中所有数据均存储在云端2。
[0027] 本发明的面向云存储服务平台的访问控制系统的工作原理是：
[0028] 系统建立后，概率式的向授权中心1输入系统安全参数，授权中心1基于属性加密 机制，根据系统安全参数生成系统的第一公共参数和第一主私钥，之后基于属性加密机制、 根据第一主私钥和授权中心为各用户分发的属性信息，生成与各用户对应的第一私钥，将 第一私钥发送给对应的用户，并将第一公共参数公布并存储在云端2。云端2生成系统的第 二公共参数和第二主私钥，之后，云端2结合第一公共参数和第二公共参数生成并在云端 公布最终公共参数，并根据第二主私钥生成用户的第二私钥，之后，将第二私钥分发给各用 户。各用户在接收到第二私钥和第一私钥后，对第一私钥和第二私钥进行整合，得到最终用 户私钥。
[0029] 当数据属主需要上传数据时，数据属主运行客户端3,根据授权中心1分发的登录 信息登录客户端3。之后，数据属主根据输入的最终公共参数、访问结构和消息编号，对需上 传数据进行加密，并将得到的密文和消息编号上传到云端2。
[0030] 当共享用户需要共享数据时，共享用户运行客户端3,根据授权中心1分发的登录 信息登录客户端3。之后，共享用户向云端2发出访问请求，云端2根据该访问请求，将相应 的密文和消息编号发送给共享用户。之后，共享用户根据自身的最终用户私钥和最终公共 参数，对云端2发送的密文进行解密。若共享用户的属性信息未被授权中心1撤销并符合 数据属主制定的访问控制方案，则该共享用户可成功解密该密文。
[0031] 图2示出了本发明实施例提供的面向云计算平台的密文访问控制系统的访问控 制方法的流程，包括以下步骤：
[0032]S1:授权中心1基于属性加密机制生成系统的第一公共参数和第一主私钥，之后 基于属性加密机制生成用户的第一私钥，将第一私钥分发给共享用户，并将第一公共参数 公布在云端2。
[0033] 进一步地，授权中心1生成第一公共参数和第一主私钥的步骤可包括以下步骤：
[0034] S11 :概率式的输入系统安全参数./ceTV，買为一正整数群，根据系统安全参数 k，构造阶为素数p、生成元为g的双线性群心，双线性群Q满足双线性映射e:G^XGT， 定义一哈希函数/?:{〇,1丨，同时定义全局属性空间』={4,…，4j，所述全局属性空 间包含系统中所有预先定义的属性的集合，并选择随机数aZp、随机数0GZp，Zp为一 整数群，zp的取值范围为{0, 1，. . .，p}。
[0035] S12:根据公另成第一公共参数PI。其中，h为双 线性群心上的元素。
[0036]S13:根据公式=k'/jj，生成第一主私钥MSV
[0037] 进一步地，基于属性加密机制生成用户的第一私钥的步骤可包括以下步骤：
[0038]S14:授权中心1根据用户t发出的密钥获取请求，输入系统的第一主私钥MSKJP 授权中心为用户t分发的属性集合S，所述属性集合S满足S(=J，并为每一用户选择一随 机数reA。
[0039]S15:根据公式 、
,..;生成用户的第一私钥SI。其中， L为双线性群&上的元素，^为双线性群G。上的元素，H(j)为属性j计算哈希函数的结果。
[0040]S2:云端2生成系统的第二公共参数和第二主私钥，并结合第一公共参数和第二 公共参数生成并在云端公布最终公共参数，并根据第二主私钥生成用户的第二私钥，之后 将第二私钥分发给用户。
[0041] 进一步地，云端2生成第二公共参数和第二主私钥的步骤可包括以下步骤：
[0042]S201:云端2根据第一公共参数，选择随机数a2eZp。
[0043]S202:云端2根据公j
，生成第二公共参数PK2。
[0044] S203:云端2根据公式,MSX2 = ?(，'_j，生成第二主私钥MSK2。
[0045] 进一步地，结合第一公共参数和第二公共参数生成并在云端公布最终公共参数的 步骤具体可以为：
[0046]S204:根据公式
，生成并在云端 公布最终公共参数PK。其中，a为整数群&上的随机数，S卩aeZp。
[0047] 此外，系统的最终主私钥MSK可由公式，MS7C= {/K1，丨广_}得到，但是MSK#MSK2 分别由授权中心1和云端2保存。
[0048] 进一步地，为了解决密钥托管问题，本发明可采用改进的BLS短签名方案生成第 二私钥。具体来说，根据第二主私钥生成用户的第二私钥的步骤可包括以下步骤：
[0049] S206 :授权中心1根据用户发出的密钥获取请求，为用户t选择唯一标识号IDt，以 及选择一随机数〃e 4。
[0050] S207 :授权中心1选择x=fM乍为私钥，并选择v=gM乍为公钥。
[0051] S208 :授权中心1计算
发送给云端2。其中，，〇为消息m的签名结果，H(m)为对消息m求哈希值的结果，HpA||gai为对用户唯一的标识号IDt和用户个人私钥计算的结果；
[0052]S209:云端2验证e( 〇，g)是否等于
是则验证通过，云端2 根据公式级2 =g~=ga 生成用户的第二私钥SK2，否则验证不通过， 云端2不执行任何操作。
[0053]S3:用户对第一私钥和第二私钥进行整合，得到最终用户私钥。
[0054] 进一步地，步骤S3可具体为：用户根据公式 得到最终用户私钥SK。其中，D为云端生成用 户的第二私钥。
[0055]S4:数据属主运行客户端3,根据输入的最终公共参数、访问结构和消息编号，对 需上传数据进行加密，之后将得到的密文和消息编号上传到云端2。
[0056] 本发明中，访问结构T采用树形结构的构造方法，在树形结构中，叶子节点对应 的是数据属主定义的属性，根节点对应的是门限值，记树形结构中的节点x的门限值为 kx，为每一节点选择多项式qx，多项式的度（即多项式的次数）dx=kx_l，若节点x是叶 子节点，则有dx= 0。则访问结构T的构造方法为：从根节点R开始，随机选择$e&，设 SqK(0) =s，随机选择d/h子节点来完整定义多项式qK;对于其它节点X，设定qx(0)= (WmtGndexU))，index(x)为节点x的索引值，该值是在整数群Zp选择的唯一的随机数 (即针对不同的节点X，索引值所选择的随机数各不相同），随机选择dx个子节点来完整定 义多项式qx。
[0057] 则在访问结构T中，假设Y表示所有叶子节点的集合，则根据输入的最终公共参 数、访问结构和消息编号，对需上传数据进行加密的步骤可表示为：
[0058]
[0059] 其中，M为需上传数据，6为消息M的加密计算结果，C为对访问结构中根节点的 计算，Cy为对访问结构中各叶子节点的计算，qy(0)为属性y对应的属性值，att(y)为叶子 节点y所表示的属性值，H(att(y))为对叶子节点属性 y计算哈希的结果，s为访问结构中 的根节点，CT为加密得到的密文。
[0060]S5:共享用户运行客户端3,向云端2发出访问请求以获取密文和消息编号，并根 据最终用户私钥和最终公共参数，对云端2发送的密文进行解密。
[0061] 进一步地，根据最终用户私钥和最终公共参数，对云端2发送的密文进行解密的 步骤可包括以下步骤：
[0062]S51:输入密文CT、对应的最终用户私钥SK、以及访问结构T中的一个节点X。
[0063]S52:调用预先定义的递归函数DecryptNode，若共享用户的属性满足访问结构T， 则得到访问结构中根节点属性值的计算结果A为：
[0064]A=e(g,g)rPs
[0065] 本发明中，共享用户的属性是否满足访问结构T是指：a.若输入的x是叶子节点， 且叶子节点xeT，则认为共享用户的属性x满足访问结构T，否则，则认为共享用户的属性 x不满足访问结构T;b.若输入的节点x是非叶子节点，节点x下的孩子节点的集合为{z}， 则当Iz}中有至少一组节点满足阈值条件时，则认为共享用户的节点x满足访问结构T，而 当Iz}中的每一组节点均不满足阈值条件时，则认为共享用户的节点x不满足访问结构T。 而若共享用户的属性不满足访问结构T，则返回null。
[0066] 本发明中，递归函数DecryptNode定义如下：
[0067]a、若节点x是叶子节点，设i=att(x)，则定义如下：如果iGS，则计算递归函数 DecryptNode(CT,SK,x)为：
[0068]
[0069] 兵甲，（Jx73岔又甲节点x的订昇结朱
，L)x73用尸私钥甲节点x的订昇结朱。
[0070] 如果k5*，贝丨」定义递归函数DecryptNode=丄。
[0071]b、若节点x是非叶子节点，节点x下的所有孩子节点的集合为{z}，则当{z}中的 每一组节点均不满足阈值条件时，返回null，否则计算：
[0072]
[0073] 其中，Sx为节点x包含的所有孩子节点{z}的集合，index(z)为节点z的索引值， S'x为节点x包含的所有孩子节点的索引值集合，qz(0)为节点z的属性值，qp_tfa)为叶 子节点z的父亲节点所表示的多项式在一定的条件下的计算结果，qx(i)为在自变量取i的 条件下，表示节点x的多项式所计算的结果，为在自变量取〇的条件下，计算拉格朗日 系数的结果，
[0074] 最后，通过拉格朗日插值定理计算并得到，并记A = e (g，g)#s，至此， 完成递归函数DecryptNode的定义。
[0075]S53:根据A、C、D，得到密文CT对应的明文M，其中，A访问结构中根节点的计算结 果、C为密文中的计算结果、D为用户私钥中的计算结果，该步骤表示为：
[0076] "
[0077]
[0078]
[0079] 以下对上述面向云计算平台的密文访问控制系统的访问控制方法的安全性进行 分析：
[0080] 1、安全需求
[0081] 本发明的系统及方法主要涉及4个执行实体：授权中心1、云端2、数据属主和共享 用户。数据属主使用云端2提供的存储设施存储其想要共享的数据（如：图片、文本以及多 媒体文件等）。共享用户从云端2获取一份数据副本并使用最终用户私钥对其解密。因为 数据属主和共享用户不可能一直在线，但又不能让授权中心1和云端2获取用户的隐私数 据，所以必须有某种机制在无需获取用户隐私数据的前提下实现访问权限控制。从安全角 度考虑，系统需要满足下列要求：
[0082] (1)数据属主不必总是保持在线即可以实现最终用户私钥的分发：
[0083] (2)授权中心1和云端2不能获取任何隐私数据。
[0084] (3)所有不满足条件的用户不能共谋来解密密文。
[0085] 2、安全性分析
[0086] 访问权限控制、数据机密性与抵抗共谋是隐私保护系统的关键。访问权限控制实 现用户对共享数据细粒度的访问控制，数据机密性确保只有拥有最终用户私钥的用户才能 获取并解密存储在云端2的数据。
[0087] (1)细粒度访问权限控制
[0088] 系统访问权限控制可通过定义合理的访问结构实现，访问结构的树形结构中包含 了用户标识性属性，例如：学生、研二、班长等，它们都是用户的属性。由于不同用户具有不 同的访问权限，可以将用户分组，具有相同访问权限的用户分为一组，为每组用户定义不同 的访问结构，从而实现细粒度的访问权限控制。
[0089] (2)数据机密性
[0090] 本发明中，数据使用密文方案的属性加密（CP-ABE)技术加密。数据属主将需要共 享的数据加密后存储在云端2。授权中心1和云端2分别为用户分发各自产生的部分私钥SKJPSK2。只有用户的最终用户私钥满足密文的访问结构时才能对密文解密得到相应的明 文信息。在整个过程中，授权中心1和云端2不会知道任何有关解密密钥和访问结构的信 息，并且它们不能单独的产生用户的最终私钥，从而确保了数据在不可信域中的机密性。
[0091] (3)抵抗共谋攻击
[0092] 在数据共享的过程中，抵抗用户的共谋攻击是非常重要。反之，任意用户之间共谋 就可以查看所有未授权的信息，那么，对于数据属主来讲，对用户进行加密然后存储在云端 2就毫无意义。本发明与之前提到的CP-ABE方案一样，秘密s被隐藏在了密文中而不是用 户的私钥中。为了解密密文，共谋的用户需要去恢复e(g，g)#s，共谋者需要计算没有拥有 属性x的对运算，其中Cx来自于密文，D，来自于其他共谋的用户。然而，每一个用户的私钥 是由一个独一无二的随机数r计算得到的。因此，尽管所有的共谋用户都是合法的，他们也 不能恢复e(g，g)#%综合起来，我们的加密方案具有抗同谋性，多个用户进行合谋攻击，即 使他们的属性集联合起来能满足访问结构，但由用户的私钥生成算法可知，不同用户对应 的随机值r不同，因此多个未授权用户共谋也无法得到解密密文，保证了本发明的方案能 抵抗合谋攻击。
[0093] 3、效率分析
[0094] 设和表示群上的指数或者乘法运算，4。和分别是群和([^上元素的 长度。设Zp表示有限域上模素数p整数群，iZp是有限域上元素的长度。Au表示用户的 属性集合，A。表示满足密文的访问结构的属性集合，S表示满足密文访问结构的最小属性集 合。表示双线性对操作。此外，|*|表示元素在*上的个数。
[0095] 如下表示出了上述方法与现有的访问控制方法BSW07和HUR13之间的算法性能比 较分析：
[0096]
[0097] 从上表可以得到以下结论：（1)三个方案的公钥长度是相同的。（2)关于主私钥长 度，本发明提出的方案的长度最长，但是在群上的长度比较小，并且本发明的长度和另外两 个方案仅仅相差4。长度，故可以忽略。（3)比较三个方案的密钥长度，我们可以明显的看 出本发明比BSW07和HUR13两个方案有明显的优势，密钥的长度减少了近50 %的存储空间。 (4)同理，本发明在密文长度方面也有较明显的优势。它们方便了用户的同时也减少了数据 加密者上传密文的长度。（5)对于密钥计算量，与BSW07和HUR13两个方案相比，本发明理 论上可以减少约66. 7%的计算量（在HUR13方案和本发明中，用户私钥生成过程中的传输 时间不包括在内）。（6)关于加密计算量和解密计算量这两个参数，在相同的条件下，他们 需要相等的加密时间和解密时间。
[0098] 综上所述，本发明提出的面向云计算平台的密文访问控制系统及其访问控制方法 针对传统的属性加密方案所存在的密钥托管问题，将用户的一部分私钥生成工作交给授权 中心1完成，将用户的其余部分私钥生成工作交给云端2完成，授权中心2与 云端2分别独 立且不能共谋，从而保证了用户数据的隐私性和机密性，保证了数据属主的数据安全，同时 支持对访问者实施细粒度的访问控制，进而提高了云计算平台的实用性、安全性与可靠性。 [0099] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以 通过程序来控制相关的硬件完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中， 所述的存储介质，如R0M/RAM、磁盘、光盘等。
[0100] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种面向云计算平台的密文访问控制系统，其特征在于，所述系统包括： 授权中心，用基于属性加密机制，生成系统的第一公共参数和第一主私钥，之后基于属 性加密机制生成用户的第一私钥，将所述第一私钥分发给用户； 云端，用于生成系统的第二公共参数和第二主私钥，之后结合所述第二公共参数和所 述授权中心生成的所述第一公共参数生成并公布最终公共参数，并根据所述第二主私钥生 成用户的第二私钥，之后将所述第二私钥分发给用户； 由用户运行的客户端，用于对所述第一私钥和所述第二私钥进行整合，得到最终用户 私钥，还用于当需要上传数据时，根据输入的所述最终公共参数、访问结构和消息编号，对 需上传数据进行加密，之后将得到的密文和消息编号上传到所述云端，还用于当需要共享 数据时，向所述云端发出访问请求以获取密文和消息编号，并根据所述最终用户私钥和所 述最终公共参数，对所述云端发送的密文进行解密。2. -种如权利要求1所述的面向云计算平台的密文访问控制系统的访问控制方法，其 特征在于，所述方法包括以下步骤： 授权中心基于属性加密机制生成系统的第一公共参数和第一主私钥，之后基于属性加 密机制生成用户的第一私钥，将所述第一私钥分发给共享用户，并将所述第一公共参数公 布在云端； 云端生成系统的第二公共参数和第二主私钥，并结合所述第一公共参数和所述第二 公共参数生成并在所述云端公布最终公共参数，并根据所述第二主私钥生成用户的第二私 钥，之后将所述第二私钥分发给用户； 用户对所述第一私钥和所述第二私钥进行整合，得到最终用户私钥； 数据属主运行客户端，根据输入的所述最终公共参数、访问结构和消息编号，对需上传 数据进行加密，之后将得到的密文和所述消息编号上传到云端； 共享用户运行客户端，向云端发出访问请求以获取密文和消息编号，并根据所述最终 用户私钥和所述最终公共参数，对云端发送的密文进行解密。3. 如权利要求2所述的面向云计算平台的密文访问控制系统的访问控制方法，其特征 在于，所述授权中心基于属性加密机制生成第一公共参数和第一主私钥的步骤包括以下步 骤： 概率式的输入系统安全参数, I为一正整数群，根据系统安全参数κ，构造阶 为素数P、生成元为g的双线性群Gtl，双线性群Gtl满足双线性映射e: G ^ X Gtl^ G τ，定义一哈 希函数//.·{0,if ，同时定义全局属性空间…，所述全局属性空间包含系 统中所有属性的集合，并选择随机数a ie Zp、随机数β e Zp，Zp为一整数群，取值范 围为{0, 1，· · ·，p}; 根据公式Pf1 = = }，生成第一公共参数PK1，其中，h为双线性群G tl 上的元素； 根据公式ISX1 ，生成第一主私钥MSKp4. 如权利要求3所述的面向云计算平台的密文访问控制系统的访问控制方法，其特征 在于，所述基于属性加密机制生成用户的第一私钥的步骤包括以下步骤： 授权中心根据用户发出的密钥获取请求，输入系统的第一主私钥MSKJP授权中心为用 户分发的属性集合S，所述属性集合S满足S (= j，并为每一用户选择一随机数『e A ; 根据公式％ = g = gW/ e q ，生成用户的第一私钥SK1，其中，L为双线 性群Gtl上的元素，D 双线性群G ^上的元素，H(j)为属性j计算哈希函数的结果。5. 如权利要求4所述的面向云计算平台的密文访问控制系统的访问控制方法，其特征 在于，所述云端生成第二公共参数和第二主私钥的步骤包括以下步骤： 云端根据第一公共参数，选择随机数a2e Zp; 云端根据公式PK2 = 卜生成第二公共参数PK2; 云端根据公式= {，'_ j，生成第二主私钥MSK2。6. 如权利要求5所述的面向云计算平台的密文访问控制系统的访问控制方法，其特征 在于，所述结合所述第一公共参数和所述第二公共参数生成并在所述云端公布最终公共参 数的步骤具体为： 根据公式伙=&,<^ = ￥/;，(,1,^)"=(^，《)'/__6^4)":1，生成并在所述云端公布最 终公共参数PK，其中，a为整数群Zp上的随机数，即a ezp。7. 如权利要求6所述的面向云计算平台的密文访问控制系统的访问控制方法，其特征 在于，所述根据所述第二主私钥生成用户的第二私钥的步骤包括以下步骤： 授权中心根据用户发出的密钥获取请求，为用户选择唯一标识号IDt，以及选择一随机 Wj & z 授权中心选择X = β作为私钥，并选择V = gp作为公钥； 授权中心计算〇 = //?=//(/￡), Hg"1 ，并将发送给云端，其 中，σ为消息m的签名结果，H(m)为对消息m求哈希值的结果，〃Ilf 为对用户 唯一的标识号IDt和用户个人私钥计算的结果； 云端验证e(〇，g)是否等于<//(/〇, II# 是则验证通过，云端根据公式 双2 .g% =ga ·，，生成用户的第二私钥SK2。8. 如权利要求7所述的面向云计算平台的密文访问控制系统的访问控制方法，其特征 在于，所述用户对所述第一私钥和所述第二私钥进行整合，得到最终用户私钥的步骤具体 为： 用户根据公式认== = e&D, = /-/(./)1，得到最终用户私钥SK，其 中，D为云端生成用户的第二私钥。9. 如权利要求8所述的面向云计算平台的密文访问控制系统的访问控制方法，其特征 在于，所述根据输入的所述最终公共参数、访问结构和消息编号，对需上传数据进行加密的 步骤表示为：其中，CT为加密得到的密文，M为需上传数据，亡为消息M的加密计算结果，C为对访问 结构中根节点的计算，Cy为对访问结构中各叶子节点的计算，qy(0)为属性y对应的属性值， att(y)为叶子节点y所表示的属性值，H(att(y))为对叶子节点属性y计算哈希的结果，s 为访问结构中的根节点，T为访问结构，Y表示结构T中所有叶子节点的集合。10.如权利要求9所述的面向云计算平台的密文访问控制系统的访问控制方法，其特 征在于，所述根据所述最终用户私钥和所述最终公共参数，对云端发送的密文进行解密的 步骤包括以下步骤： 输入密文CT、对应的最终用户私钥SK、以及访问结构T中的一个节点X ; 调用预先定义的递归函数，若共享用户的属性满足访问结构T，则得到访问结构中根节 点属性值的计算结果化为： A = e(g, g)rPs； 根据A、C、D，得到密文CT对应的明文M，表示为：
【专利摘要】本发明属于云服务技术领域，提供了一种面向云计算平台的密文访问控制系统及其访问控制方法。该系统及方法针对传统的属性加密方案所存在的密钥托管问题，将用户的一部分私钥生成工作交给授权中心完成，将用户的其余部分私钥生成工作交给云端完成，授权中心与云端分别独立且不能共谋，从而保证了用户数据的隐私性和机密性，保证了数据属主的数据安全，同时支持对访问者实施细粒度的访问控制，进而提高了云计算平台的实用性、安全性与可靠性。
【IPC分类】H04L29/08, H04L9/08, H04L29/06
【公开号】CN104883254
【申请号】CN201510323831
【发明人】喻建平, 王树兰, 张鹏, 王平
【申请人】深圳大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月12日