[发明专利]一种基于外包解密的密文定长的加密传输机制

说明书

本发明公开了一种基于外包解密的密文定长的加密传输机制，涉及属性加密领域，包括授权中心、工业控制系统、数据用户、公有云和私有云。本发明利用属性基加密算法，对工业控制系统中的明文数据进行了加密，有效地保护数据的完整性和机密性；使用了带验证的外包解密技术，将大量计算开销外包给可信第三方，降低了用户端的计算消耗，同时，还可以对解密数据的正确性进行验证；此外，恒定的密文长度，即减轻了用户端的存储开销，也极大节约了系统通信代价。

技术领域

本发明涉及属性加密领域，尤其涉及一种适用于工业控制系统额辅助加密传输机制。

背景技术

随着工业控制系统(Industrial Control System，ICS)和信息技术(InformationTechnology，IT)加速融合，原本独立、封闭的工控系统开始使用云计算、大数据等技术进行数据的存储及分析。在这一过程中，工控系统面临着来自外部网络的多种威胁，如恶意入侵、计算机病毒、网络攻击等，最知名的是2010年伊朗“Stuxnet”病毒事件。在传统的工业控制系统中，数据以明文形式进行传输，如果将明文数据直接发送并存储到云平台，则可能导致数据面临泄露、被篡改等威胁，造成无法挽回的损失。近年来，世界各国均提出了一些极具参考意义的指标和安全实践指南，我国也颁布了《网络安全法》，提出加强关键信息基础设施安全防护，维护国家网络安全。

为保障工业数据的机密性，加密无疑是一种有效方案。然而，由于工控系统的特殊性，不能简单地将密码学工具应用其中，在保护数据机密性的同时，还要保证系统的实时性和可用性。此外，仅靠传统“一对一”的加密手段无法实现云计算环境下数据的灵活访问控制功能，对用户身份的动态变化适应性也不够。为了适应开放网络环境下资源保护所面临的细粒度控制策略、安全等需求，人们提出了基于属性的加密算法(Attribute-basedencryption，ABE)，与传统的一对一的加密算法不同，派生于分布式计算的ABE采用一对多的加密方式，可为用

为了适应开放网络环境下资源保护所面临的细粒度控制策略、安全等需求，人们提出了基于属性的加密算法(Attribute-based encryption，ABE)，与传统的一对一的加密算法不同，派生于分布式计算的ABE采用一对多的加密方式，可为用户提供灵活的访问方式。

在标准CP-ABE方案中，密文长度随着访问策略的复杂度而增加，用户在解密过程中需运行的双线性对运算、指数运算的次数也随之增加，从而一方面导致用户端的解密开销增大，另一方面需要用户提供更大的存储空间。为此，Doshi从密文长度恒定这一角度入手，提出了一种密文定长的CP-ABE算法，减小了用户的存储及解密开销。同样，也有学者采用可验证外包计算的方法来降低用户端解密开销，与标准方案相比实用性更好。

发明内容

针对工业控制系统中数据安全性不足的问题，本发明提出一种基于外包解密的密文定长的加密传输机制。本发明采用具有灵活访问策略的CP-ABE加密算法，同时将可验证外包解密和恒定密文长度两种加密体制相结合，将复杂的解密计算外包给可信第三方PrC，既减轻了用户端的计算开销，也降低了用户端的存储开销。

CP-ABE加密算法满足双线性映射的性质。设G₁和G₂是两个阶为素数p的循环群，g是G₁的生成元，定义双线性映射e：G₁×G₁→G₂满足如下条件：

双线性性：对任意的a，b∈Z_p，满足e(g^a，g^b)＝e(g，g)^ab。

非退化性：存在g∈G₁，使得e(g，g)≠1。

可计算性：对任意都能有效计算出e(u，v)。