[发明专利]一种基于拥有性证明的安全有效的客户端去重方法

权利要求书

1.一种基于拥有性证明的安全有效的客户端去重方法，其特征在于，包括：

初始化：本方法基于三个主体，分别为客户端，密钥服务器和云服务器；系统初始化安全系数，密钥服务器选取自己的私钥和公钥，云服务器选取自己的私钥和公钥；

初始化具体方法为：

给定可计算的双线性对e：G×G→G_T，其中G是基于Gap Diffie-Hellman的加法群，G_T为乘法群，群G和G_T的阶为q，P是群G的生成元；系统选定三个哈希函数：H₁：{0，1}^*→G，H₂：{0，1}^*→Z_q^*，H₃：G→Z_q^*，其中{0，1}^*为任意长度的01串，Z_q^*为一个群，其中q是一个大素数；系统选定两个伪随机函数和{0，1}^*×K→Z_q^*，分别用来计算挑战应答阶段的挑战索引块和索引块相应的系数，其中K为伪随机函数选定的秘钥空间，k₁、k₂分别为K中的元素，log₂(n)为伪随机函数的01串的长度；

密钥服务器随机选取自己的私钥x←Z_q^*，公开公钥y←xP；云服务器随机选择自己的私钥α←Z_q^*，并公开自己的公钥V←αP；

客户端与密钥服务器交互，获取文件的加密密钥：客户端把需要上传的消息先用哈希函数处理，再盲化后发送给密钥服务器，密钥服务器用自己的私钥对已经盲化的消息签名，之后把签名返回给客户端，客户端将签名去盲化后利用双线性对进行验证，如果验证成功，则对去盲化后的结果做哈希运算作为用户上传文件的加密密钥；

云服务器与客户端通信实施挑战-应答机制：客户端需要把数据上传到云服务器存储；首先客户端发送密文哈希值到云服务器以判断该文件是否已经存储，云服务器使用Bloomfilter存储密文的哈希值；如果该哈希值不在Bloom filter中，云服务器要求客户端上传文件；云服务器存储分为两级，一级存储器用来存储文件块的认证值，二级存储器存储文件；如果文件哈希值已经存储在Bloom filter中，云服务器向客户端发起挑战，云服务器随机选择需挑战的文件块数和两个随机值发送给客户端，客户端用此计算相应的应答值并返回给云服务器，云服务器验证等式是否成立，如果成立，则证明客户端拥有该文件。

2.根据权利要求1所述的基于拥有性证明的安全有效的客户端去重方法，其特征在于，客户端与密钥服务器交互，获取文件M的加密密钥的具体步骤为：

a.客户端随机选择随机数r←Z_q^*，计算文件M的哈希值h←H₁(M)，消息经过盲化处理发送盲化后的结果到密钥服务器；

b.密钥服务器首先检测q_C＜q_E是否成立，q_C为客户端当前请求次数，q_E为密钥服务器设定的在一定时间段内客户端请求次数的上限；如果不成立，则拒绝请求，如果成立，利用自身的私钥x对进行签名把签名结果发送给客户端；

c.客户端收到后，首先去盲化，计算去盲化后的签名其中上标-1表示求逆元，再验证e(σ，P)＝e(h，y)是否成立，若成立则计算H₃(σ)获得文件的加密密钥K_M＝H₃((x·H₁(M))mod q)，其中mod为取模，再计算文件M的密文表示用密钥K_M对M进行加密，若不成立则退出协议。

3.根据权利要求1所述的基于拥有性证明的安全有效的客户端去重方法，其特征在于，云服务器与客户端实施挑战-应答机制的具体步骤为：

a.云服务器初始化Bloom filter：Bloom filter是一个概率存储结构，用于判断一个文件密文的哈希值是否存储在云服务器中；Bloom filter初始化为m比特，每一位的值设置为0，其格式为：BF←{B₀，B₁，…，B_m-1}，B₀，B₁，…，B_m-1为BF的元素；Bloom filter使用t个独立的哈希函数h₀，h₁，…，h_t-1；当客户端发送文件的标签tag＝H₂(C)到云服务器，服务器先利用Bloom filter判断H₂(C)是否已经存在；表示用每个哈希函数对H₂(C)进行哈希计算，得到Bloom filter中对应的位置，判断相应的位置是否为1，若不全为1，则说明H₂(C)不是Bloom filter成员，密钥服务器使用Bloom filter添加元素H₂(C)，并要求客户端上传密文C；若判断相应的位置全为1，则认定H₂(C)已经存在于Bloom filter中，云服务器则与客户端实施挑战-应答机制，以判断客户端用户是否真正拥有密文C；虽然Bloomfilter存在错误率，但是通过之后的挑战-应答机制可以避免和降低错误率；云服务器存储大量密文的哈希值，应用Bloom filter来判断可以节省大量存储空间并且提升查找效率；

b.若Bloom filter判断文件未存储于云服务器，要求客户端上传密文C；云服务器存储器分为一级存储器和二级存储器；一级存储器的特点是存储空间小，但存取速度快，成本高，类似高速缓冲器，而二级存储器与一级存储器特点相反，其存储空间大，但存取速度慢，成本低；云服务器把密文分为N块，每块有S个扇区，表示为c_ns，其中1≤n≤N，1≤s≤S；云服务器随机从群G中选择S个随机数U₁，U₂，...，U_s←G，计算第n块文件的标识其中α为云服务器的私钥；云服务器把δ₁，δ₂…δ_N存储在一级服务器，把文件块c₁₁…c_1S，c₂₁…c_2S，……，c_N1…c_NS存储在二级服务器；

c.若Bloom filter判断文件已存储于云服务器，则由云服务器发起挑战-应答机制，以检验客户端是否真正拥有密文C；云服务器从群Z_q^*中随机选择三个元素L，k₁，k₂∈Z_q，构成挑战值集合Q＝{L，k₁，k₂}，并发送Q给客户端，其中L为挑战的数据块数，k₁，k₂为伪随机函数密钥；

d.客户端收到Q＝{L，k₁，k₂}，对于每个l∈[1，L]，计算挑战索引块和相应系数并计算应答值发送应答值集合{μ₁，μ₂，…μ_S}到云服务器；

e.云服务器收到应答值集合{μ₁，μ₂，…μ_S}，验证是否成立，其中ξ₁≤u≤ξ_L，若上述公式成立，则说明用户的确拥有文件M的密文C，否则表明用户只拥有部分文件或者加密文件的哈希值。