[发明专利]一种Merkle哈希树云数据完整性审计方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及数据完整性验证领域，尤其涉及一种Merkle哈希树云数据完整性审计方法及系统。

背景技术

云具有高效的计算能力与庞大的存储能力，为数据拥有者节省大量的本地存储空间及数据管理负担，但云并非完全可信，尤其在公共云及混合云中，云可能删除部分访问量少的数据来节省云存储空间。因此，数据拥有者DO需要通过云数据完整性审计技术要求云向自己提供完整性证明，证明云数据完整。在云数据完整性审计系统中存在三个实体分别是数据拥有者DO、云存储服务提供商CSP和第三方审计者TPA。在完整性审计过程中，首先由于数据拥有者DO计算能力有限且不能保持一直在线故授权完全可信的第三方审计者TPA完成代理审计工作，被授权的第三方审计者TPA运行挑战信息对生成算法得到挑战请求信息。云存储服务提供商CSP接收第三方审计者TPA发送的挑战请求信息运行证据生成算法得到持有性证明。第三方审计者TPA接收云存储服务提供商CSP返回的持有性证明运行完整性审计算法，审计通过则表明持有性证明是正确定即云数据是完整的，否则证明数据被损坏。但当抽样数据块的数量增多或持有性证明庞大时，将导致第三方审计者TPA的计算量、通讯负担和网络带宽消耗将大幅增大。加之，为了提高云数据的安全性，第三方审计者TPA与云存储服务提供商CSP需要周期性频繁交互。因而在降低第三方审计者TPA的计算开销及，提高数据拥有者DO审计效率、保证数据的完整性方面具有实际意义。

现有云数据完整性审计方案所采用的认证数据结构存在节点利用率低，认证路径过长导致完整性审计系统的计算量、通讯负担和网络带宽消耗将大幅增大，进而影响第三方审计者TPA及数据拥有者DO完整性审计效率问题。

因此，提供一种能够高效进行云数据完整性审计的方法及系统是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种Merkle哈希树云数据完整性审计方法及系统，实现了完整性审计功能，有效的提高节点利用率，缩短认证路径长度，降低了系统的计算和通信开销且具有较高的审计效率。

本发明实施例提供了一种Merkle哈希树云数据完整性审计方法，包括：

用户端在生成用户公钥、用户私钥后，对用户数据文件进行分块操作得到n个数据块，根据所述数据块生成数据块集合，并对所述数据块进行计算得到数据块哈希值，通过预置公式对所述用户私钥、所述数据块哈希值、所述数据块进行签名计算，得到数据块签名集合，再根据所述用户私钥对预置局部权威根节点哈希值进行签名得到预置局部权威根节点签名；

所述用户端构建二叉有序默克尔哈希树认证数据结构，并将所述数据块集合、所述数据块签名集合和预置局部权威根节点签名发送至云存储服务器端；

第三方审计端在集合(1，2…，n)中随机抽样c个元素组成数据块挑战子集，通过挑战信息对生成算法根据所述数据块挑战子集生成挑战信息对集合，并将所述挑战信息对集合发送至所述云存储服务器端；

所述云存储服务器端根据预置于所述二叉有序默克尔哈希树认证数据结构中的认证路径信息得到辅助路径信息集合，通过证据生成算法根据所述辅助路径信息集合、所述挑战信息对集合、所述预置局部权威根节点签名、所述数据块集合和所述数据块签名集合生成持有性证据，并将所述持有性证据发送至所述第三方审计端，其中，所述认证路径信息与所述挑战信息对集合对应；

所述第三方审计端获取到所述持有性证据所包含的所述辅助路径信息集合、与所述挑战信息对集合对应的数据块哈希值、所述预置局部权威根节点签名，对所述辅助路径信息集合、与所述挑战信息对集合对应的数据块哈希值进行计算得到第一局部权威根节点哈希值，并根据所述用户私钥对所述第一局部权威根节点哈希值进行签名得到第一局部权威根节点签名，将所述第一局部权威根节点签名与所述预置局部权威根节点签名进行比较操作；

所述第三方审计端在所述比较操作通过后，根据所述用户公钥、所述挑战信息对集合、所述持有性证据进行验证操作，若验证通过，则确认云数据完整，若验证不通过，则确认云数据被损坏。

优选地，所述用户端在生成用户公钥、用户私钥后，对用户数据文件进行分块操作得到n个数据块，根据所述数据块生成数据块集合，并对所述数据块进行计算得到数据块哈希值，通过预置公式对所述用户私钥、所述数据块哈希值、所述数据块进行签名计算，得到数据块签名集合，再根据所述用户私钥对预置局部权威根节点哈希值进行签名得到预置局部权威根节点签名之前还包括：

所述用户端通过公私钥对生成算法生成所述用户公钥和所述用户私钥。