云计算环境下保序加密方法研究与实现

发布时间：2020-07-21 11:59

【摘要】：随着云计算的快速发展和广泛应用,不可信云计算环境下用户数据的隐私保护问题已逐渐引起人们的关注,目前保护数据安全的方法之一是采用加密技术将数据加密后再存储到云端。但是现有的大多数加密方案都不支持对密文的直接运算,这削弱了云计算带来的优势,因此,对密文的运算、检索等是当前研究的热点,也是亟待解决的问题。保序加密算法OPE可以在加密明文时,保留明文的顺序信息,从而在不解密的情况下直接判断密文的顺序关系。2013年Raluca Ada Popa提出的可变保序编码mOPE,利用平衡二叉搜索树(AVL)的结构对密文数据进行编码,支持任意数据类型的保序加密,但在数据进行插入删除操作时效率较低。首先,本文通过改进mOPE方案的编码调整机制,提出了广义可变保序加密方案gmOPE。该方案将原始的平衡二叉树替换为广义平衡二叉搜索树(AVL-N),并且引入了新的重平衡调整策略。gmOPE方案保证了加密后的密文信息保留明文的顺序关系,并且有效减少了二叉树重平衡操作的频次,显著提高了保序编码方案的整体效率。之后,针对gmOPE方案中客户端与服务器之间存在高频交互和相应的大量通信耗时的问题进行改进,提出了层级型广义可变保序加密方案LmOPE,有效减少了客户端与服务器之间的交互次数,进一步提高了保序加密算法的性能。最后,在保序加密方案LmOPE的基础上,结合浮点数全同态加密方案FFHE,实现了同态保序加密方案H-mOPE。该方案不仅可以直接对密文进行顺序相关操作,而且可以对密文进行任意次数的加法和乘法运算,并且同态算法的引入并没有对性能产生较大影响。理论分析与实验结果表明,gmOPE、LmOPE方案有效的降低了编码变更和客户端与服务器之间交互的开销,提高了保序加密的效率。通过与同态加密方案的结合,构建的同态保序加密方案H-mOPE,既保证了算法的效率,又提供了更多对密文操作的方法。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP309.7

【参考文献】