曹來成， 王瑋婷， 康一帆， 郭顯， 馮濤

(蘭州理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院，甘肅,蘭州 730050)

隨著云計(jì)算技術(shù)的日益普及[1-2]，使越來越多地用戶都愿意將數(shù)據(jù)交給云存儲(chǔ)服務(wù)器(cloud storage server，CSS)來完成，但是云存儲(chǔ)服務(wù)器并非完全可信，它對(duì)用戶的數(shù)據(jù)存在一定的好奇心，這就使得云存儲(chǔ)面臨嚴(yán)峻的安全挑戰(zhàn). 其中對(duì)數(shù)據(jù)的加密存儲(chǔ)是防止信息暴露在云存儲(chǔ)服務(wù)器中的最好辦法，但是對(duì)數(shù)據(jù)加密之后會(huì)增大數(shù)據(jù)使用者對(duì)訪問數(shù)據(jù)的搜索難度，一些可搜索加密方案[3-4]的提出解決了上面的問題.

Sahai和Waters[5]提出的模糊IBE方案中首次給出了基于屬性加密的概念. 該方案使用了門陷訪問結(jié)構(gòu)，接收者能夠解密發(fā)送者的密文，當(dāng)且僅當(dāng)接收者的屬性集與發(fā)送者的屬性集相似度大于或等于某個(gè)門陷值. 文獻(xiàn)[6-7]將基于屬性加密(attribute-based encryption, ABE)機(jī)制分為兩部分：密鑰策略(key-policy)的ABE(KP-ABE)和密文策略(ciphertext-policy)的ABE(CP-ABE). 在KP-ABE協(xié)議[8]中，訪問控制策略存在于密鑰中，而屬性集合包含在密文中. 在CP-ABE[9]協(xié)議中卻恰恰相反，密鑰中包含了屬性集合，而密文中包含了訪問控制策略. 文獻(xiàn)[10]中提出了一種可驗(yàn)證的基于屬性關(guān)鍵字搜索(verifiable attribute-based keyword search, VABKS)方案，通過構(gòu)建一種訪問樹來制定訪問控制策略，并且在這個(gè)訪問樹可以進(jìn)行秘密共享. 但是在構(gòu)建的訪問樹中，每個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)表示和關(guān)鍵字相關(guān)的屬性暴露在半可信的云存儲(chǔ)服務(wù)器中.

文獻(xiàn)[11]中介紹了一種通過離線/在線的方法有效增強(qiáng)屬性關(guān)鍵字搜索(attribute-based keyword search efficiency enhancement via an online/offline approach, OO-ABKS)方案，主要是針對(duì)于離線或者在線的移動(dòng)設(shè)備而構(gòu)建. 數(shù)據(jù)擁有者分別對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行離線加密和在線加密，同時(shí)使用者也需要在線解密和離線解密. 雖然最后將大量的解密計(jì)算分配到了離線部分，但是相對(duì)的兩次加解密大大增加了計(jì)算開銷.

由于一般的CP-ABE可搜索加密方案中屬性關(guān)鍵字都會(huì)以明文的形式暴露在云服務(wù)器中，這樣云存儲(chǔ)服務(wù)器就有可能依據(jù)這些與屬性相關(guān)的關(guān)鍵字做一些惡意操作[12]. 故本文提出了一種屬性盲化的模糊可搜索加密云存儲(chǔ)(attribute blinding fuzzy searchable encryption cloud storage, ABFSECS)方案.

1 ABFSECS方案系統(tǒng)模型

ABFSECS方案系統(tǒng)模型如圖1所示，它由4個(gè)實(shí)體組成：可信授權(quán)中心、云存儲(chǔ)服務(wù)器、數(shù)據(jù)擁有者和數(shù)據(jù)使用者.

① 可信授權(quán)中心(trusted authorization center)：它是一個(gè)完全可信的密鑰生成中心. 它根據(jù)每一個(gè)數(shù)據(jù)擁有者的屬性集生成加密外包數(shù)據(jù)的私鑰；也為每一個(gè)數(shù)據(jù)使用者生成解密私鑰.

② 云存儲(chǔ)服務(wù)器(cloud storage server)：用來執(zhí)行數(shù)據(jù)的訪問控制策略并對(duì)加密數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)解密操作. 云服務(wù)器檢查是否使用者的屬性集滿足數(shù)據(jù)擁有者定義的訪問控制策略，若不滿足則終止，否則云服務(wù)器幫助數(shù)據(jù)使用者進(jìn)行預(yù)解密計(jì)算，最后將預(yù)解密信息發(fā)送給數(shù)據(jù)使用者.

③ 數(shù)據(jù)擁有者(data owner)：根據(jù)公私鑰對(duì)加密上傳數(shù)據(jù)，生成加密密文和關(guān)鍵字索引，自己根據(jù)屬性集定義一個(gè)訪問控制策略，將加密密文和索引一起上傳至云存儲(chǔ)服務(wù)器.

④ 數(shù)據(jù)使用者(data user)：利用公私鑰和身份生成與屬性相關(guān)的門陷值，當(dāng)門陷值滿足訪問控制策略時(shí)，進(jìn)行最后簡(jiǎn)單的解密操作獲得相關(guān)明文信息.

2 基礎(chǔ)技術(shù)

2.1 雙線性對(duì)

設(shè)G和GT是兩個(gè)素?cái)?shù)階為q的循環(huán)群，g是G的一個(gè)生成元，如果映射e:G×G→GT滿足下面3條性質(zhì)[13]：

① 雙線性：對(duì)?α,β∈Zq,?P,Q∈G，e(P,Q)αβ=e(Pα,Qβ).

② 可計(jì)算性：對(duì)?P,Q∈G，存在有效的算法計(jì)算e(P,Q)∈GT.

③ 非退化性：e(P,Q)≠1.

那么稱e是一個(gè)雙線性映射，將G作為加法群，GT作為乘法群. 映射e是對(duì)稱的：e(P,Q)αβ=e(Pα,Qβ)=e(Pβ,Qα).

2.2 雙線性Diffie -Hellman(DH)假設(shè)

2.3 訪問控制策略

定義1 數(shù)據(jù)使用者屬性集.

設(shè)n個(gè)數(shù)據(jù)使用者u1,u2,…,un的屬性集為A，則A={A1,A2,…,An}，其中數(shù)據(jù)使用者ui(i=1,2,…,n)的屬性Ai={ai1,ai2,…,aimi}，令

(1)

(2)

3 ABFSECS方案

ABFSECS方案的設(shè)計(jì)思想為：①系統(tǒng)以雙線性對(duì)體制為基礎(chǔ)產(chǎn)生可信授權(quán)中心的公鑰pk和主密鑰msk，由可信授權(quán)中心產(chǎn)生數(shù)據(jù)擁有者的私鑰skDO和數(shù)據(jù)使用者的私鑰skDU；②為了保護(hù)數(shù)據(jù)使用者的屬性隱私，可信授權(quán)中心對(duì)所有數(shù)據(jù)使用者的屬性進(jìn)行盲化運(yùn)算；③數(shù)據(jù)擁有者為了保護(hù)自己的數(shù)據(jù)隱私，使用自己的私鑰skDO對(duì)自己的數(shù)據(jù)明文m加密為密文C，產(chǎn)生供數(shù)據(jù)使用者搜索時(shí)進(jìn)行屬性權(quán)限認(rèn)證的關(guān)鍵字索引Index，并上傳它們到云服務(wù)器存儲(chǔ)；④當(dāng)數(shù)據(jù)使用者進(jìn)行搜索時(shí)，利用公鑰pk和自己的私鑰skDU產(chǎn)生搜索關(guān)鍵字的門陷值Trapdoor，并提交給云服務(wù)器進(jìn)行屬性權(quán)限認(rèn)證，若認(rèn)證成功，云存儲(chǔ)服務(wù)器發(fā)送預(yù)解密密文m′給數(shù)據(jù)使用者；⑤數(shù)據(jù)使用者利用預(yù)解密密文m′和自己的私鑰skDU，解密密文C得要搜索的明文m. 具體步驟如下.

步驟1 Setup(1λ)→(pk,msk)，系統(tǒng)建立步驟輸入安全參數(shù)λ，輸出公鑰pk和主私鑰msk.

可信授權(quán)中心通過運(yùn)行Setup算法初始化系統(tǒng). 它選擇兩個(gè)素?cái)?shù)階為p的循環(huán)群G和GT，其中g(shù)是G的生成元，并選擇一個(gè)雙線性映射e:G×G→GT. 令H:{0,1}*→G是隨機(jī)預(yù)言機(jī)中一個(gè)哈希函數(shù). 隨機(jī)選擇α,β,δ,r∈Zp和G→g. 令公鑰pk=(G,GT,e(g,g)r,g,gα,gβ,gδ,H)，主密鑰msk=(α,β,δ).

步驟2 BlindAttrs(A)→b，屬性盲化步驟輸入n個(gè)數(shù)據(jù)使用者的屬性集A，輸出A的聚合盲化屬性b.

為了防止數(shù)據(jù)使用者ui(i=1,2,…,n)的屬性Ai在訪問控制樹中以明文形式分配在葉子節(jié)點(diǎn)中，需要首先對(duì)屬性進(jìn)行盲化處理以保護(hù)數(shù)據(jù)使用者ui的屬性隱私，如圖2所示.

圖2 盲化數(shù)據(jù)使用者的屬性Fig.2 Blinding attribute of the data users

① 數(shù)據(jù)擁有者選擇隨機(jī)數(shù)τ∈Zp，盲化數(shù)據(jù)使用者ui的屬性aij：

(gaij)τ=bij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,mi).

② 聚合盲化屬性bij，根據(jù)式(1)得

gτai=bi(i=1,2,…,n)

③ 聚合盲化屬性bi，根據(jù)式(2)得

步驟3KeyGen(pk,msk,SDO,SDU)→(skDO,skDU)

密鑰生成步驟輸入主私鑰msk，公鑰pk，使用者的屬性集SDU. 最后分別輸出數(shù)據(jù)擁有者和使用者的私鑰skDO和skDU.

步驟4Encrypt(m,pk,skDO)→(C)，加密步驟輸入明文m、公鑰pk和數(shù)據(jù)擁有者的私鑰skDO，輸出數(shù)據(jù)密文C.

數(shù)據(jù)擁有者使用其私鑰加密數(shù)據(jù)m. 數(shù)據(jù)擁有者隨機(jī)選擇r1,r2∈Zp，計(jì)算C1=mE，C2=gα(r1+r2)，C3=gβ r2，則生成密文C=(C1,C2,C3).

步驟5IndexGen(pk,skDO)→(Index)，索引生成步驟輸入明文m的l個(gè)關(guān)鍵字W={w1,w2,…,wl}，公鑰pk，數(shù)據(jù)擁有者私鑰skDO，輸出關(guān)鍵字W索引Index.

① 數(shù)據(jù)擁有者計(jì)算數(shù)據(jù)使用者搜索1個(gè)關(guān)鍵字的l個(gè)元素的索引集

i=1,2,…,l}.

i,j=1,2,…,l,i≠j}.

i,j,t=1,2,…,l,i≠j且i≠t且j≠t}.

C2gβr1H(w1‖w2‖…‖wl)}.

則數(shù)據(jù)使用者搜索1,2,…,l個(gè)關(guān)鍵字的索引集為

⑥ 數(shù)據(jù)擁有者計(jì)算KW2=gδ b，KW3=Db，KW4=gβ r2.

則關(guān)鍵字W的索引為

Index=(KW1,KW2,KW3,KW4).

步驟6TrapdGen(pk,skDU)→(Trapdoor)，門陷生成步驟輸入公鑰pk、數(shù)據(jù)使用者私鑰skDU，輸出門陷值Trapdoor.

1)利用公鑰pk，數(shù)據(jù)使用者計(jì)算TD1：

TD1=(gδ)r1=gδr1.

2)數(shù)據(jù)使用者利用自己的私鑰skDU計(jì)算TD2.

① 若數(shù)據(jù)使用者以W={w1,w2,…,wl}中某1個(gè)關(guān)鍵字wi(i∈{1,2,…,l})進(jìn)行搜索，則令w=wi.

② 若數(shù)據(jù)使用者以W={w1,w2,…,wl}中某2個(gè)關(guān)鍵字wi,wj(i,j∈{1,2,…,l}且i≠j)進(jìn)行搜索，則令w=wi‖wj.

③ 若數(shù)據(jù)使用者以W={w1,w2,…,wl}中某3個(gè)關(guān)鍵字wi,wj,wt(i,j,t∈{1,2,…,l}且i≠j且i≠t且j≠t)進(jìn)行搜索，則令w=wi‖wj‖wt.

④ 同理，若數(shù)據(jù)使用者以W={w1,w2,…,wl}中某4,5,…,l-1個(gè)關(guān)鍵字進(jìn)行搜索，則令w為這4,5,…,l-1個(gè)關(guān)鍵字的級(jí)聯(lián).

⑤ 若數(shù)據(jù)使用者以W={w1,w2,…,wl}中某l個(gè)關(guān)鍵字w1,w2,…,wl進(jìn)行搜索，則令w=w1‖w2‖…‖wl. 計(jì)算TD2=gQgRH(w)，則Trapdoor=(TD1,TD2).

步驟7Search(Trapdoor,skDU)→(1/0)，搜索步驟輸入門陷值Trapdoor和使用者的私鑰skDU，當(dāng)搜索滿足時(shí)輸出1，否則輸出0.

數(shù)據(jù)使用者使用其私鑰skDU和r2計(jì)算EDU=e(g,g)Pr2.

云服務(wù)器根據(jù)數(shù)據(jù)使用者提供的門陷值Trapdoor和擁有者提供的關(guān)鍵字索引集運(yùn)行下面的匹配算法：

e(kw1,KW2)/(EDUe(KW3,KW4))=

e(TD1,TD2).

(3)

步驟8PreDec(pk,d)→(m′)，預(yù)解密步驟輸入公鑰pk和聚合后的盲化屬性b，輸出預(yù)解密密文m′.

若計(jì)算式(3)，輸出為1，云存儲(chǔ)服務(wù)器計(jì)算

m′=(e(g,g)r)b=e(g,g)rb.

云存儲(chǔ)服務(wù)器發(fā)送m′給數(shù)據(jù)使用者.

步驟9Decrypt(C,m′,skDU)→(m)，解密步驟輸入密文C、預(yù)解密密文m′和使用者的私鑰skDU，輸出數(shù)據(jù)明文m.

數(shù)據(jù)使用者根據(jù)本地接收到的密文、預(yù)解密密文和解密密鑰skDU做簡(jiǎn)單的解密計(jì)算得到明文：

me(g,g)α b/e(g,g)α b=m.

4 正確性和安全性分析

4.1 正確性證明

證明等式式(3)的正確性.

設(shè)數(shù)據(jù)使用者進(jìn)行模糊查詢，輸入關(guān)鍵字

w∈{w1,w2,…,wl}∪{w1‖w2,w1‖

w3,…,wl-1‖wl}∪{w1‖w2‖w3,w1‖

w2‖w4,…,wl-2‖wl-1‖wl}∪

{w1‖w2‖…‖wl-1‖wl}.

由式(3)得,存在由w計(jì)算出的kw1∈KW1，則

e(kw1,KW2)/(EDUe(KW3,KW4))=

e(C2gβ r1H2(W),gδ b)/

(e(g,g)r br2e(Db,gβ r2))=

e(g,g)α δbr1e(g,g)β δbr1H2(W)e(TD1,TD2)=

e(gδr1,gQgRH(W))=

e(g,g)α δbr1e(g,g)β δbr1H2(W).

故

e(kw1,KW2)/(EDUe(KW3,KW4))=

e(TD1,TD2).

由上面的證明可以得出等式式(3)成立. 說明只有當(dāng)使用者的門陷值和擁有者的關(guān)鍵字索引相匹配時(shí)最后才返回1，表示使用者已經(jīng)被授權(quán)訪問加密數(shù)據(jù). 否則返回0.

4.2 安全性證明

4.2.1 抗偽造攻擊性

定義2:攻擊模型.

挑戰(zhàn)者C隨機(jī)選擇α,β,δ,r∈Zp，生成pk=(G,GT,e(g,g)r,g,gα,gβ,gδ,H)和msk=(α,β,δ)，將pk發(fā)送給攻擊者Λ，msk自己保留. 攻擊者遞交一組屬性集Q作為數(shù)據(jù)使用者屬性集.

以兩個(gè)關(guān)鍵字為例，設(shè)攻擊者Λ產(chǎn)生兩個(gè)關(guān)鍵字w0和w1，這兩個(gè)關(guān)鍵字必須在之前的搜索中沒有出現(xiàn)過，將w0和w1提交挑戰(zhàn)者C.

挑戰(zhàn)者C產(chǎn)生模仿門陷Trapdoor，攻擊者Λ輸出一個(gè)β的猜測(cè)β′使β′=β.

定理1 如果BDH問題是計(jì)算困難的，則對(duì)于定義2，ABFSECS方案不存在攻擊者能以不可忽略的優(yōu)勢(shì)在在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)贏得挑戰(zhàn)者，即ABFSECS方案具有不可偽造性.

證明 假設(shè)存在一個(gè)多項(xiàng)式時(shí)間攻擊者Λ具有不可忽略的優(yōu)勢(shì)Adv抵抗ABFSECS方案的構(gòu)建.

Setup：挑戰(zhàn)者C運(yùn)行Setup(1λ)步驟生成pk=(G,GT,e(g,g)r,g,gα,gβ,gδ,H)和msk=(α,β,δ)，將pk發(fā)送給攻擊者Λ，msk自己保留.

Guess：攻擊者Λ輸出β的一個(gè)猜測(cè)β′.

由于gα,gβ為系統(tǒng)公鑰，假設(shè)攻擊者Λ可以計(jì)算出gβ2，攻擊者Λ計(jì)算：

當(dāng)攻擊者Λ猜測(cè)到β′=β時(shí)，則攻擊者Λ以一個(gè)不可忽略的優(yōu)勢(shì)計(jì)算出e(g,g)α βδ，即他有不可忽略的優(yōu)勢(shì)解決BDH問題，同理可證攻擊者Λ猜測(cè)到α′=α和δ′=δ時(shí)，結(jié)論相同.

故ABFSECS方案不存在攻擊者能以不可忽略的優(yōu)勢(shì)在在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)贏得挑戰(zhàn)者.

4.2.2 抗共謀攻擊性

定理2 數(shù)據(jù)密文抵抗數(shù)據(jù)使用者與云存儲(chǔ)服務(wù)器間的共謀攻擊.

證明 因?yàn)樵跀?shù)據(jù)加密過程中會(huì)生成隨機(jī)參數(shù)r1,r2→Zp并嵌入到密文中，所以云存儲(chǔ)服務(wù)器根本得不到任何與明文相關(guān)的信息. 當(dāng)n個(gè)數(shù)據(jù)使用者利用他們的屬性私鑰skDUi(i=1,2,…,n)組合起來訪問加密數(shù)據(jù)時(shí)，就必須得到數(shù)據(jù)的加密私鑰skDO. 但是加密私鑰skDO是由主密鑰msk生成. 共謀者們必須通過恢復(fù)e(g,g)α βδ解決BDH問題來獲得主私鑰，這在實(shí)際計(jì)算中是不可行的. 所以數(shù)據(jù)使用者間或同云存儲(chǔ)服務(wù)器間的共謀攻擊是無法實(shí)現(xiàn)的.

4.2.3 抗屬性隱私泄露性

定理3 訪問控制樹不會(huì)泄露數(shù)據(jù)使用者的屬性隱私信息.

證明 首先根據(jù)步驟2的①，數(shù)據(jù)擁有者通過隨機(jī)數(shù)τ∈Zp對(duì)數(shù)據(jù)使用者ui(i=1,2,…,n)的每個(gè)屬性aij進(jìn)行離散對(duì)數(shù)盲化操作，然后根據(jù)步驟2的②，數(shù)據(jù)擁有者對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)使用者的盲化屬性聚合成一個(gè)盲化屬性，最后根據(jù)步驟2的③，數(shù)據(jù)擁有者對(duì)所有數(shù)據(jù)使用者的盲化屬性再次聚合為一個(gè)盲化屬性b，由計(jì)算離散對(duì)數(shù)的困難性可知，云存儲(chǔ)服務(wù)器要得到數(shù)據(jù)使用者的屬性信息在計(jì)算上是不可行的.

4.2.4 抗數(shù)據(jù)隱私泄露性

定理4 ABFSECS方案不會(huì)泄露數(shù)據(jù)擁有者的數(shù)據(jù)隱私信息.

表1從抗屬性隱私泄露性、抗偽造攻擊性、抗共謀攻擊性、抗數(shù)據(jù)隱私泄露性等方面對(duì)比了ABFSECS方案和文獻(xiàn)[4]的MACSPP方案及文獻(xiàn)[16]的AKPS. 可以發(fā)現(xiàn)，只有ABFSECS方案對(duì)數(shù)據(jù)使用者的屬性進(jìn)行了盲化，具有抗屬性隱私泄露性.

表1 方案的安全性比較分析Tab.1 Comparison and analysis of schems security

5 性能分析

5.1 計(jì)算開銷

文獻(xiàn)[16]中使用了基于屬性關(guān)鍵字的加密(attribute-keyword based data publish-subscribe, AKPS)方案，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)發(fā)布和訂閱的隱私保護(hù). 并且也對(duì)密文數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)解密操作，但是它使用的是線性的秘密共享方案(linear ecret sharing scheme, LSSS)，算法復(fù)雜度高于訪問樹很多.

由于文獻(xiàn)[4,16]不具有屬性盲化步驟BlindAttrs，所以本文主要從數(shù)據(jù)擁有者的私鑰skDO生成、數(shù)據(jù)使用者的私鑰skDU生成、加密步驟Encrypt、索引生成步驟IndexGen、門陷生成步驟TrapdGen、搜索步驟Search、預(yù)解密步驟PreDec和解密步驟Decrypt等8方面比較分析ABFSECS方案和文獻(xiàn)[4,16]的MACSPP方案和AKPS方案的計(jì)算開銷，如表2所示. 其中E為求冪運(yùn)算，M為乘法運(yùn)算，e為雙線性對(duì)的操所，H為哈希函數(shù)運(yùn)算；相比較于上面的運(yùn)算，將Zp中的計(jì)算開銷忽略不計(jì)，S表示數(shù)據(jù)使用者的屬性數(shù).

表2 方案的計(jì)算開銷比較分析Tab.2 Comparison and analysis of schems computing time

從表2可得，MACSPP方案總的計(jì)算開銷為

T1=(25+3S)E+20M+(5+2S)e+(2+2M)H.

AKPS方案總的計(jì)算開銷為

T2=(26+4S)E+16M+8e+(3+2S)H.

ABFSECS方案總的計(jì)算開銷(舍去3個(gè)影響不大的常量時(shí)間)為

T=(11+S)E+8M+7e+2H+3≈

(11+S)E+8M+7e+2H.

T1-T=((25+3S)E+20M+(5+2S)e+

(2+2M)H)-((11+S)E+8M+7e+2H)=

(14+2S)+12M+(2S-2)e+2MH>0.

T2-T=((26+4S)E+16M+8e+

(3+2S)H)-((11+S)E+8M+7e+2H)=

(15+3S)E+8M+e+(1+2S)H>0.

即T

另外，在密鑰生成步驟中ABFSECS方案生成數(shù)據(jù)擁有者的私鑰skDO和數(shù)據(jù)使用者的私鑰skDU比AKPS方案少1次哈希函數(shù)運(yùn)算、(6+S)次求冪運(yùn)算、2次乘法運(yùn)算和S次哈希函數(shù)運(yùn)算，索引生成步驟中ABFSECS方案生成索引比AKPS方案少5次求冪運(yùn)算、2次乘法運(yùn)算和2次哈希函數(shù)運(yùn)算，門陷生成步驟中ABFSECS方案生成門陷比AKPS方案少3S次求冪運(yùn)算、4次乘法運(yùn)算和1次哈希函數(shù)運(yùn)算，總體上ABFSECS方案的計(jì)算開銷比AKPS方案少15+3S個(gè)求冪運(yùn)算、8次乘法運(yùn)算、1次雙線性對(duì)運(yùn)算和1+2S個(gè)哈希函數(shù)運(yùn)算.

5.2 存儲(chǔ)開銷

存儲(chǔ)開銷主要包括：①系統(tǒng)建立步驟中系統(tǒng)參數(shù)及公鑰pk和主密鑰msk及群Zp的存儲(chǔ)開銷；②密鑰生成步驟中數(shù)據(jù)擁有者和使用者的私鑰skDO和skDU的存儲(chǔ)開銷；③加密步驟中密文C的存儲(chǔ)開銷；④索引生成步驟中關(guān)鍵字W索引Index的存儲(chǔ)開銷. 用|GT|、|G|和|Zp|表示群GT、G和Zp中元素的長(zhǎng)度大小，|e|表示雙線性對(duì)的長(zhǎng)度大小，|pk|、|msk|、|skDO|和|skDU|表示公鑰pk、主密鑰msk、數(shù)據(jù)擁有者的私鑰skDO和數(shù)據(jù)使用者的私鑰skDU的長(zhǎng)度大小，|C|表示密文C的長(zhǎng)度大小，|I|表示每個(gè)關(guān)鍵字對(duì)應(yīng)的索引的平均長(zhǎng)度大小.

表3比較了ABFSECS方案和文獻(xiàn)[4]的MACSPP方案及文獻(xiàn)[16]的AKPS方案的存儲(chǔ)開銷，其中，n表示數(shù)據(jù)使用者個(gè)數(shù)，l表示查詢關(guān)鍵字集W的個(gè)數(shù). 可以看出，系統(tǒng)建立步驟、密鑰生成步驟和加密步驟中ABFSECS方案和文獻(xiàn)[4]的MACSPP方案及文獻(xiàn)[16]的AKPS方案的存儲(chǔ)開銷相同. 在索引生成步驟中文獻(xiàn)[4]的MACSPP方案及文獻(xiàn)[16]的AKPS方案的存儲(chǔ)開銷相同，而ABFSECS方案的存儲(chǔ)開銷高于這兩種方案，原因在于ABFSECS方案實(shí)現(xiàn)了模糊可搜索加密，相對(duì)于云服務(wù)器強(qiáng)大的云存儲(chǔ)服務(wù)而言，為獲得模糊可搜索加密所付出的存儲(chǔ)開銷代價(jià)是值得的.

表3 方案的存儲(chǔ)開銷比較分析Tab.3 Comparison and analysis of schems storage time

5.3 通信開銷

通信開銷主要包括：①密鑰生成步驟中可信授權(quán)中心發(fā)送數(shù)據(jù)擁有者和使用者的私鑰|skDO|和|skDU|的通信開銷；②加密步驟中數(shù)據(jù)擁有者發(fā)送密文C到云存儲(chǔ)服務(wù)器的通信開銷；③索引生成步驟中數(shù)據(jù)擁有者發(fā)送關(guān)鍵字索引Index的通信開銷；④搜索步驟中數(shù)據(jù)使用者發(fā)送搜索關(guān)鍵字門陷值Trapdoor的通信開銷；⑤預(yù)解密步驟中云存儲(chǔ)服務(wù)器發(fā)送預(yù)解密密文m′的通信開銷. 用|skDO|和|skDU|表示數(shù)據(jù)擁有者的私鑰skDO和數(shù)據(jù)使用者的私鑰skDU的長(zhǎng)度大小，|C|為密文C的長(zhǎng)度大小，|I|為每個(gè)關(guān)鍵字對(duì)應(yīng)的索引的平均長(zhǎng)度大小，|T|為數(shù)據(jù)使用者某次搜索時(shí)搜索關(guān)鍵字門陷值Trapdoor的長(zhǎng)度大小，|m′|為預(yù)解密密文m′的長(zhǎng)度大小.

表4比較了ABFSECS方案和文獻(xiàn)[4]的MACSPP方案及文獻(xiàn)[16]的AKPS方案的通信開銷，其中，n為數(shù)據(jù)使用者個(gè)數(shù)，l為查詢關(guān)鍵字集W的個(gè)數(shù). 可以看出，密鑰生成步驟、加密步驟、索引生成步驟和預(yù)解密步驟中ABFSECS方案和文獻(xiàn)[4]的MACSPP方案及文獻(xiàn)[16]的AKPS方案的通信開銷相同. 在索引生成步驟中文獻(xiàn)[4]的MACSPP方案及文獻(xiàn)[16]的AKPS方案的通信開銷相同，而ABFSECS方案的通信開銷高于這兩種方案，原因在于ABFSECS方案實(shí)現(xiàn)了模糊可搜索加密，相對(duì)于云存儲(chǔ)通信的較高帶寬而言，為獲得模糊可搜索加密所付出的通信開銷代價(jià)是值得的.

表4 方案的通信開銷比較分析

步驟MACSPP[4]AKPS[16]ABFSECSKeyGen|skDO|+n|skDU|同 MACSPP同 MACSPPEncrypt|C|同 MACSPP同 MACSPPIndexGenl|I|+3同 MACSPP2l|I|+2Search|T|同 MACSPP同 MACSPPPreDec|m'|同 MACSPP同 MACSPP

6 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)環(huán)境為Intel(R) Core(TM) i7-7700服務(wù)器處理器，3.60 GHz CPU主頻，16 GB內(nèi)存，運(yùn)行Windows Server2008 R2 Enterprise操作系統(tǒng). 對(duì)本文提出的ABFSECS方案、文獻(xiàn)[4]的MACSPP方案及文獻(xiàn)[14]的AKPS方案進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn). 設(shè)置方案中數(shù)據(jù)使用者數(shù)目為40，搜索關(guān)鍵字?jǐn)?shù)目為6，數(shù)據(jù)使用者的平均屬性個(gè)數(shù)的取值|A|={4,8,12,16,20,24}，圖3(a)對(duì)比了ABFSECS方案、文獻(xiàn)[4]的MACSPP方案及文獻(xiàn)[16]的AKPS方案的計(jì)算開銷，可以看出隨著數(shù)據(jù)使用者的平均屬性個(gè)數(shù)的增加而計(jì)算開銷線性增加，ABFSECS方案的計(jì)算開銷要小于文獻(xiàn)[4]及文獻(xiàn)[16]中方案的計(jì)算開銷. 同樣，設(shè)置方案中數(shù)據(jù)使用者為40，數(shù)據(jù)使用者的平均屬性個(gè)數(shù)為8，搜索關(guān)鍵字?jǐn)?shù)目的取值|W|={3,6,9,12,15,18}，圖3(b)對(duì)比了ABFSECS方案、文獻(xiàn)[4]的MACSPP方案及文獻(xiàn)[16]的AKPS方案的計(jì)算開銷，可以看出隨著搜索關(guān)鍵字?jǐn)?shù)目的增加而計(jì)算開銷線性增加，ABFSECS方案的計(jì)算開銷要小于文獻(xiàn)[4]及文獻(xiàn)[16]中方案的計(jì)算開銷.

圖3 關(guān)鍵字?jǐn)?shù)目變化時(shí)計(jì)算開銷的對(duì)比Fig.3 Comparison of computing time when the number of keywords changes

7 結(jié)束語

針對(duì)保護(hù)基于屬性的密文策略可搜索加密云存儲(chǔ)機(jī)制中數(shù)據(jù)使用者的屬性隱私和實(shí)現(xiàn)云存儲(chǔ)模糊可搜索加密，提出了一種屬性盲化的模糊可搜索加密云存儲(chǔ)方案. 該方案可以減少數(shù)據(jù)使用者的計(jì)算時(shí)間開銷，具有不可偽造性，可抵抗數(shù)據(jù)使用者與云存儲(chǔ)服務(wù)器間的共謀攻擊，不會(huì)泄露數(shù)據(jù)使用者的屬性隱私信息，具有較高的執(zhí)行效率. 下一步工作是在本方案的基礎(chǔ)上針對(duì)關(guān)聯(lián)關(guān)鍵字搜索等方面進(jìn)行研究.