2018 年 5 月 Journal on CommunicatI/Ons May 2018
2018080-1
第 39 卷第 5 期 通 信 学 报 Vol.39
No.5
基于密钥状态散列树的密钥存储管理方案
王祥宇,马建峰,苗银宾,张凯,伍祈应
(西安电子科技大学网络与信息安全学院,陕西 西安 710071)
摘 要:针对密文检索系统中多源数据加密带来的海量密钥存储管理问题,提出了以密钥状态散列树作为密钥派
生结构的密钥存储管理方案。该方案借助根密钥及密钥派生树进行密钥计算,且只需要存储根密钥和树结构,大
大降低了密钥存储开销;另外,该方案可以根据撤销状态值进行密钥撤销管理,解决了派生树密钥撤销及结构更
新难题。安全分析表明,部分数据密钥的泄露并不会泄露其他数据机密性,且基于实际数据集的性能分析表明所
提密钥管理方案在实际应用中是可行的。
关键词:密钥存储管理;密文检索;密钥状态散列树;密钥撤销
中图分类号:TN918.4
文献标识码:A
doi: 10.11959/j.issn.1000-436x.2018080
Key storage management scheme based on keyed hash tree with state
WANG Xiangyu, MA Jianfeng, MIAO Yinbin, ZHANG Kai, WU Qiying
School of Cyber Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China
Abstract: To solve the problem of massive keys storage caused by multi-source data encryption in ciphertext retrieval
system, a key storage scheme based on keyed hash tree with state was proposed. The scheme computes encryption key
according to the root key and key derivation tree, and just needs to store the root key and the tree structure, which greatly
reduces the key storage costs. In addition, the scheme manages key revocation according to the revocation state value,
thereby solving the problem of key revocation and structure update. Strict security analysis shows that the partial data key
disclosure does not leak the data confidentiality of remaining data, and the performance analysis using real-world dataset
shows that the proposed key storage management scheme is acceptable in ciphertext retrieval system.
Key words: key storage management, ciphertext retrieval, keyed hash tree with state, key revocation
1 引言
随着云计算和大数据时代的到来,越来越多的
云租户将数据外包到云服务器以减轻本地数据的
存储和计算开销
[1]
。同时,为了解决数据机密性和
可检索性之间的矛盾,密文检索技术
[2,3]
受到产业界
和学术界的广泛关注。
由于数据的多源性(云数据来自多个数据拥有
者),密文检索系统中不同的数据块通常采用不同
的密钥进行加密以保障数据安全。然而海量云数据
的加密存储会带来巨大的密钥存储管理问题。一方
面,对海量数据进行加密会产生大量的密钥,这些
密钥也会占用大量的存储空间,降低密钥存储开销
对云密文检索系统是一个巨大挑战。另一方面,由
于加密每个文件使用的密钥不一样,在使用过程
中,解密者如何在大量密钥中快速调用相应的数据
解密密钥也是一个重要问题。
目前,已经有了一些相对成熟的密钥管理系
收稿日期:2017-07-05;修回日期:2018-03-30
基金项目:国家高技术研究发展计划(“863”计划)基金资助项目(No.2015AA016007);国家自然科学基金资助项目
(No.61702404);中央高校基本科研业务费基金资助项目(No.JB171504);中国博士后科学基金资助项目(No.2017M613080)
Foundation Items: The National High Technology Research and Development Program of China (863 Program) (No.2015AA016007),
The National Natural Science Foundation of China (No.61702404), The Central University Basic Business Expenses Special Fund-
ing for Scientific Research Projects (No.JB171504), China Postdoctoral Science Foundation Projects (No.2017M613080)