面向云存儲的數(shù)據(jù)完整性驗證技術(shù)研究.pdf

1、隨著云存儲(Cloud Storage)技術(shù)的迅猛發(fā)展，越來越多的用戶選擇將數(shù)據(jù)存儲到云端，以達(dá)到節(jié)省本地物理資源、簡化數(shù)據(jù)管理的目的。當(dāng)用戶選擇將大數(shù)據(jù)文件存儲到云端時，在本地并不保存任何副本，導(dǎo)致傳統(tǒng)驗證數(shù)據(jù)完整性的方法不再有效。面向云存儲的數(shù)據(jù)完整性驗證方法允許驗證者(用戶或者第三方)在不需要訪問原始數(shù)據(jù)的情況下，即可完成云中數(shù)據(jù)的完整性檢測，是目前云存儲環(huán)境下確保數(shù)據(jù)正確性、可用性的一種重要手段。然而現(xiàn)有的驗證方法更多地用于數(shù)據(jù)

2、備份等簡單存儲服務(wù)，忽視了用戶多樣化的需求，難以滿足日益豐富的云存儲應(yīng)用?；诖耍疚牡闹饕ぷ骱拓暙I(xiàn)如下：
　　(1)一種具有強(qiáng)可恢復(fù)能力的數(shù)據(jù)完整性驗證方法
　　已有基于崗哨的驗證方法，盡管具有簡單高效等優(yōu)點，但弱的數(shù)據(jù)恢復(fù)能力和高的通信開銷阻礙了該方法在云存儲中的使用。針對這一問題，本文提出一種具有強(qiáng)可恢復(fù)能力的數(shù)據(jù)完整性驗證方法——PDI-RR。在該方法中，崗哨塊的生成不再是一個位置插入或指定一個崗哨塊，而是隨機(jī)抽取

3、多個不同位置上數(shù)據(jù)塊參與計算，且在計算過程中，引入冗余糾錯機(jī)制。如此，每次驗證只需消耗一個崗哨塊，即可完成對多個位置上數(shù)據(jù)的完整性檢測，同時能恢復(fù)崗哨塊上可能出現(xiàn)的失效數(shù)據(jù)。安全分析表明，PDI-RR是一種安全的驗證方法。相比已有的幾種驗證機(jī)制，PDI-RR具有更優(yōu)的存儲開銷和通信開銷。
　　(2)一種高效且支持動態(tài)更新的數(shù)據(jù)完整性驗證方法
　　已有的方法計算數(shù)據(jù)標(biāo)簽時加入數(shù)據(jù)塊索引信息，導(dǎo)致不能有效支持動態(tài)操作。針對這一問

4、題，本文提出了一種基于認(rèn)證跳表的數(shù)據(jù)完整性驗證方法——SL-DPDI，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)塊級的動態(tài)更新操作。該方法將認(rèn)證跳表及BLS簽名機(jī)制有效地結(jié)合在一起確保云中數(shù)據(jù)的正確性。其中，用認(rèn)證跳表確保數(shù)據(jù)塊處在正確的位置上，而用BLS簽名驗證數(shù)據(jù)塊在內(nèi)容上是完整的。安全分析和實驗表明，SL-DPDI能有效地支持?jǐn)?shù)據(jù)塊級的動態(tài)更新，且大大減輕了用戶初始化階段的計算代價。
　　(3)基于身份的數(shù)據(jù)完整性驗證方法
　　為了減輕用戶的驗證負(fù)擔(dān)

5、，目前大部分驗證機(jī)制采用公開驗證策略，允許用戶指定任意可信的第三方(Trust Party Auditor,TPA)來代替自己執(zhí)行完整性檢測。但在TPA執(zhí)行驗證之前，都需要與證書頒發(fā)機(jī)構(gòu)(Certificate Authority, CA)交互來確認(rèn)用戶身份的合法性。如此，勢必帶來大量的通信開銷和沉重的密鑰管理負(fù)擔(dān)。針對這一問題，本文設(shè)計實現(xiàn)了一種基于身份的數(shù)據(jù)完整性驗證方法——NaEPACS。在該方法中，TPA每次驗證直接利用用戶的公

6、開信息即可代替用戶完成完整性驗證。安全分析和實驗表明，NaEPACS不僅是一種安全的驗證方法，且能大大減輕TPA的驗證代價。
　　(4)基于格的數(shù)據(jù)完整性驗證方法
　　目前大部分驗證方法所采用的安全假定都是基于大數(shù)分解和離散對數(shù)等計算難問題，但這些安全假定無法抵御量子計算攻擊。針對這一問題，本文提出了一種基于格的數(shù)據(jù)完整性驗證方法——LB-PDI。在該方法中，首先設(shè)計了一種基于格且具有同態(tài)特性的簽名機(jī)制，然后通過該機(jī)制可以讓