主頁（http://www.by236.com）：云存儲加密數據檢索面臨的幾大挑戰 【中國集群通信網】云計算主要目標是提供高效的計算服務。云計算基礎設施之一是提供可靠、安全的數據存儲中心。因此，存儲安全是云計算領域的安全話題之一。為解決數據隱私的保護問題，常見的方法是由用戶對數據進行加密，把加密后的密文信息存儲在服務端。當存儲在云端的加密數據形成規模之后，對加密數據的檢索成為一種迫切需要解決的問題。 在加密信息檢索的相關研究工作中，對加密信息的檢索有單用戶線性搜索、基于關鍵詞的公鑰搜索、安全索引等幾種算法。這幾種算法可以快速地檢索出所需信息，但其代價較高，不適用大規模數據檢索的情況，而且，在云存儲中，檢索時相關的文檔較多，對其進行相關排序是進一步需要解決的問題，以上幾種算法均不能解決問題。 通過保序加密可以利用文檔中的詞頻信息對文檔依相關度進行排序，提高了檢索準確率和返回率。然而在文檔中某些關鍵詞出現的頻率非常高，指代性不強，這一類詞稱為常用詞，常用詞的存在歪曲了文檔和實際查詢相關度。而準確反映文檔、查詢相關度的向量空間模型無法直接應用。全同態加密提供可以對密文進行操作的加密算法。而且通過全同態加密，一方面可以保證密文信息不被統計分析，另一方面可以對加密信息進行加法和乘法運算，同時保持其對應明文的順序。 1.云存儲應用中的加密存儲技術 大規模高性能存儲系統安全需求，特別是云存儲應用中，可擴展和高性能的存儲安全技術，是推動網絡環境下的存儲應用(如云存儲應用)最根本的保證，已經成為當前網絡存儲領域的研究熱點。云存儲應用中的存儲安全包括認證服務、數據加密存儲、安全管理、安全日志和審計。 訪問控制服務實現用戶身份認證、授權，防止非法訪問和越權訪問。主要功能包括：用戶只能對經管理員或文件所有者授權的許可文件進行被許可的操作;管理員只能進行必要的管理操作，如用戶管理、數據備份、熱點對象遷移，而不能訪問用戶加密了的私有數據。 加密存儲是對指定的目錄和文件進行加密后保存，實現敏感數據存儲和傳送過程中的機密性保護。安全管理主要功能是用戶信息和權限的維護，如用戶帳戶注冊和注銷等，授權用戶、緊急情況下對用戶權限回收等。 安全日志和審計是記錄用戶和系統與安全相關的主要活動事件，為系統管理員監控系統和活動用戶提供必要的審計信息。 對用戶來說，在上述4類存儲安全服務中，存儲加密服務尤為重要。加密存儲是保證用戶私有數據在共享存儲平臺的機密性核心技術。 隨著存儲系統和存儲設備越來越網絡化，存儲系統在保證敏感數據機密性的同時，必須提供相應的加密數據共享技術。保護用戶隱私性要求存儲安全建立在對存儲系統的信任基礎之上。必須研究適用于網絡存儲系統的加密存儲技術，提供端到端加密存儲技術及密鑰長期存儲和共享機制，以確保用戶數據的機密性和隱私性，提高密鑰存儲的安全性、分發的高效性及加密策略的靈活性。在海量的加密信息存儲中，加密檢索是實現信息共享的主要手段，是加密存儲中必須解決的問題之一。 2.加密信息檢索技術 對加密信息檢索的研究始于2000年，Song等人提出加密數據搜索的實用算法，Boneh等人提出基于關鍵詞的公鑰加密算法，Park等人提出安全索引搜索算法。 2.1線性搜索算法 在線性搜索算法中，首先用對稱加密算法對明文信息加密。對于每個關鍵詞對應的密文信息，生成一串長度小于密文信息長度的偽隨機序列，并生成一由偽隨機序列及密文信息確定的校驗序列。偽隨機序列的長度與檢驗序列長度之和等于密文信息的長度。偽隨機序列及檢驗序列對密文信息再次加密。在搜索過程中，用戶提交明文信息對應的密文信息序列。在服務器端，密文信息序列被線性地同每一段序列模2加。如果得到的結果滿足校驗關系，那么說明密文信息序列出現，否則，說明密文信息不存在。 線性搜索方法是一種一次一密的加密信息檢索算法，因此有極強的抵抗統計分析的能力。但其有一個致命的缺點，即逐次匹配密文信息，這使得這種檢索方法在大數據集的情況下難以應用。 2.2基于關鍵詞的公鑰搜索 基于關鍵詞的公鑰加密搜索算法由Boneh等人提出，其目的是可以在用戶端存儲、計算資源不足的情況下，通過訪問遠端數據庫獲取數據信息。存儲、計算資源分布具有不對稱性，即用戶的計算存儲能力不能實時滿足其需求。另一方面用戶在移動情況下存儲、索引數據的需求也有增加，比如Email服務等。在這種特定情況下，需要保護用戶的數據隱私。加密數據有多個不同來源，針對這一問題的解決方法是加密算法使用公鑰加密。 算法的過程如下，首先生成公鑰、私鑰，然后對待存儲的明文關鍵詞用公鑰進行加密，生成可搜索的密文信息。 2.3安全索引 安全索引由Park等人提出，解決了簡單索引方式易受統計攻擊的問題。其機制是每次加密所用的密鑰是事先生成的一組逆Hash序列，加密后的索引被放入布隆過濾器中。當檢索的時候，首先用逆Hash序列密鑰生成多個陷門，然后進行布隆檢測。對返回的密文文檔解密即可得到所需檢索的文檔。 針對有新用戶加入、舊用戶退出的多用戶加密信息檢索，這是一種解決方法。但其存在的缺陷是需要生成大量的密鑰序列，隨著檢索次數的增加，每多進行一次檢索，其計算復雜度均線性增加。這在實際應用中很難被接受。 在以上提到的多種加密信息檢索算法中，所用的檢索模型都是布爾模型，因而無法根據查詢與待檢索文檔的相關度進行排序操作。在實際情況中，尤其是在數據規模較大的云存儲應用中，包含某一查詢關鍵詞的文檔可能有很多個，如何在多個可能相關的文檔中找出最相關的一個或若干個文檔是需要解決的問題。對加密的文檔，是否可以應用成熟的向量空間模型，進而進行相關排序，是一個開放的問題。 2.4引入相關排序的加密搜索算法 Swaminathan等人提出了保護隱私的排序搜索算法。在這一算法中，每一文檔中關鍵詞的詞頻都被保序加密算法加密。加密文檔被提交查詢給服務器端后，首先計算檢索出含有關鍵詞密文的加密文檔;然后對用保序算法加密的詞頻對應的密文信息進行排序處理;最后把評價值高的加密文檔返回給用戶，由用戶對其進行解密。
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