[发明专利]一种基于环签名的数据完整性验证方法

说明书

本发明公开了一种基于环签名的数据完整性验证方法，首先，数据所有者将数据划分为多个数据块，对每个数据块采用环签名算法进行签名；然后将签名集和数据上传到云服务器；当数据所有者想要验证存储在云端的数据是否完整时，向第三方审计者发出审计请求；第三方审计者生成挑战信息并发送给云服务提供商；云服务提供商根据挑战信息生成证据信息，并发送给第三方审计者；最后，第三方审计者通过验证等式检验数据的完整性，若等式成立则判定为数据完整，否则判定为数据不完整。本发明采用先进的环签名技术设计数据标签，不仅能够快速有效的检验云端数据完整性，而且保证了安全性；同时解决了量子环境下数据完整性验证的问题，提高了该类验证方案的效率。

技术领域

本发明属于云计算安全以及数据审计技术领域，具体涉及一种基于环签名的数据完整性验证方法。

背景技术

在大数据时代，数据所有者更喜欢将大量数据存储在提供存储服务和计算服务的云平台上，如苹果云、百度云、腾讯云、阿里云等。一方面，数据所有者可以充分利用云平台丰富的软件、硬件和带宽资源，可以在任何地方通过互联网访问自己的数据；另一方面，对于云平台来说，它可以通过向数据所有者收取租金来获得经济利益。对于数据所有者的另一个好处是，与复杂的本地存储管理相比，云平台具有高可用性和低成本。虽然数据所有者可以从云存储中获得巨大的利益，但这种方式也带来了严重的安全问题。最主要的安全问题是数据完整性，即云服务器提供商可能会篡改或删除用户很少访问的数据，以节省存储空间。此外，数据所有者会失去对数据的物理控制。

近年来，在云计算领域领域许多数据审计方法被提出。可证明数据持有是验证存储在云中的数据完整性的常用方法。用户首先将他们的数据分成块并标记每个数据块，然后可以用随机选择的部分数据块挑战云存储服务提供商来检查自己的数据。如果数据损坏，以上方法无法恢复数据。因此，学者提出了可检索性证明模型来解决这一问题，该模型不仅通过采样和纠错技术确保服务器正确存储数据，而且使用户能够检索到自己需要的数据。但是，大多数方案只考虑静态数据存储，不适用于一般场景。为了支持数据更新，包括数据修改、插入和删除，学者提出了基于经典默克尔哈希树和双线性聚合签名的方案。由于数据所有者自己验证数据完整性会带来很大的计算负担，因此研究者提出了支持公开验证和批处理的方案和基于身份的数据审计方案，这些方案考虑了云存储中不同的应用需求，支持高效的用户撤销、可委托的数据外包或模糊的身份管理。然而，由于这些方案都是基于双线性对签名，给第三方审计者带来了较大的计算成本。

上述的数据审计方案大多是基于传统的非对称密码原语设计的，其困难问题基于大整数分解或离散对数问题。然而，量子计算机的发展可能使传统的不对称密码方案不再安全。基于格的密码学是一个新颖的研究和应用领域。格密码对量子计算机攻击的潜在抵抗为相关算法协议的研究和实现提供了新的动力。著名的基于格的密码设计包括Ajtai-Dwork格密码系统、NTRU系统、基于短整数解和LWE问题密码系统、基于身份的加密系统和全同态的加密系统等。目前，基于格的密码学对量子计算机敌手的攻击仍然是安全的，它具有后量子密码学的最佳前景，因为它具有非常强的基于最坏情况困难的安全性证明，以及高效的实现。综上所述，在量子计算环境下，有必要构建一个基于格密码的数据完整性验证方案。

发明内容

发明目的：本发明提出了一种基于环签名的数据完整性验证方法，结合LWE困难假设，用环签名设计数据标签，用以检验云端数据是否被删除或者篡改。

技术方案：本发明所述的一种基于环签名的数据完整性验证方法，包括以下步骤：

(1)数据所有者将原始数据划分为多个数据块；

(2)针对于每个数据块采用环签名算法进行签名，进而生成数据标签；

(3)将签名集和数据上传到云服务器，当数据所有者想要验证存储在云端的数据是否完整时，向第三方审计者发出审计请求；

(4)第三方审计者生成挑战信息并发送给云服务提供商；