[发明专利]基于层次默克尔哈希树的轻型动态数据完整性审计方法

说明书

本发明公开了一种基于层次默克尔哈希树的轻型动态数据完整性审计方法，包括步骤：1)数据拥有者对数据构建层次默克尔哈希树，在节点上存储数据信息，并且引入局部根节点；2)云端数据库利用位置敏感哈希技术存储数据拥有者的数据；3)云端数据库根据可信第三方审计的挑战信息生成挑战证据；4)可信第三方审计对证据进行完整性审计；5)对数据进行动态操作时，云端数据库生成证据，可信第三方审计对动态数据进行完整性审计。与现有技术相比，本发明具有较高的审计效率，能有效地降低通信及计算开销，并且支持高效的数据更新。

技术领域

本发明属于计算机和密码学的交叉领域，尤其是涉及一种基于层次默克尔哈希树的轻型动态数据完整性审计方法。

背景技术

随着网络数据的日益规模化和集成化，云端数据库逐渐成为大数据时代数据的主要存储模式。云端数据库是一个以数据存储和管理为核心的云计算系统，能为数据提供动态可伸缩的存储服务，其最大特点是存储即服务。企业越来越倾向将本地数据的维护和管理工作外包给服务器提供商，从而降低设备升级、更新、维护等各个方面的运营成本。

然而，云端数据库是不可信的。数据拥有者为了节省本地存储空间，在将数据上传到云端后，通常会删除本地数据，这在物理上将失去对数据的控制。由于网络攻击、服务器设备故障等原因，使得存储在云端的数据可能被删除或者篡改，这将导致数据拥有者利益受到严重损害。为此，有些人已经提出了多种面向云端数据完整性的审计方案，基于此类方案，数据拥有者能够对存储在云端的数据进行完整性审计，并且及时监控和检测存储在云端的数据。

在云端数据库中能够支持数据动态操作的完整性审计方案是至关重要的，这将决定云端数据库服务发展的深度和广度。现有的众多支持动态操作的审计方案仅仅只是提出了模型，而且只能应用于特定的具体问题。对于现在云端存储具有采集频率高、更新速度快等特点的大数据，现有方案在数据检索效率和动态更新等方面存在不足，因此并不适用于云端数据的动态完整性审计。

发明内容

本发明的目的是：对数据进行完整性审计时，能够对实现云端数据的快速审计，并且支持高效的动态数据更新。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于层次默克尔哈希树的轻型动态数据完整性审计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、数据拥有者生成数据完整性审计的系统参数和私钥；

步骤2、对数据构建层次默克尔哈希树，并且在节点上存储节点信息，同时引入局部根节点，其中，层次默克尔哈希树是由一个根节点以及若干局部根节点、中间节点和叶子节点构成的。叶子节点是根据数据拥有者上传云端数据库的数据进行哈希运算得到的；中间节点是根据相邻的两个子节点哈希级联运算得到的；局部根节点是局部默克尔哈希树的根节点，根据中间节点经过哈希级联运算得到的；根节点是根据局部根节点经过哈希级联运算得到的。节点上存储的节点信息为Φ，则有Φ＝(f(v_ij),Para_ij,ψ_ij)，式中，f(v_ij)是数据m_ij的哈希值，Para_ij是认证证书，ψ_ij是属性信息；

步骤3、对叶子节点、局部根节点和根节点Root生成标签，然后将数据连同标签和节点信息一起上传到云端数据库中，并将它们从本地删除；

步骤4、利用位置敏感哈希技术将数据拥有者上传的数据存储在云端数据库；

步骤5、可信第三方审计通过向云端数据库发送挑战信息来检查上传的数据是否被完好保存；

步骤6、云端数据库在接收到可信第三方审计的挑战信息后，为挑战的数据生成相应的完整性证据，并将证据返回给可信第三方审计以证明数据的完整性；

步骤7、可信第三方审计在接收到云端数据库返回的证据后，对证据进行完整性审计，并根据结果判断数据是否完好；