基于格的可修复加密搜索实现移动云隐私保护

《IEEE Journal on Miniaturization for Air and Space Systems》：Enabling Puncturable Encrypted Search Over Lattice for Privacy-Preserving in Mobile Cloud

　　摘要：可搜索加密（SE）已在移动云计算中得到广泛研究，能够实现加密数据搜索。然而，现有的SE方案无法支持细粒度的可搜索性撤销。可穿刺加密（PE）可以撤销对特定消息的解密能力，这有望缓解该问题。此外，量子计算的威胁仍然是一个重要的关注点，可能导致移动云中的隐私泄露。因此，设计一种抗量子的可穿刺加密搜索方案仍具有深远意义。本文提出了PunSearch，这是第一个基于格的抗量子可穿刺加密搜索方案，用于移动云中的数据隐私保护。PunSearch提供了细粒度的可搜索性撤销，同时具备量子安全性。与现有的PE方案不同，我们通过评估算法和格基采样技术构造了一种新颖的陷门生成机制。然后，我们设计了一种搜索权限验证方法，以撤销对特定关键词的可搜索性。此外，我们提出了一个新的IND-Pun-CKA模型，并利用它分析了PunSearch的安全性。综合性能评估表明，在最佳情况下，PunSearch中加密、陷门、搜索和穿刺算法的计算开销分别为其他先验方案的0.064倍、0.005倍、0.050倍和0.311倍。这些结果表明PunSearch在移动云计算中是有效且安全的。I. 引言移动云计算是一种有前景的解决方案，通过移动网络提供数据存储和访问服务，已成为当前数据管理中不可或缺的一部分（例如Google Drive、阿里云）[1]、[2]、[3]。具体来说，数据发送者能够通过各种移动设备将数据外包给云，从而降低本地维护成本[4]。此外，数据接收者可以从移动云服务器搜索数据，便于方便的数据共享和检索[5]、[6]。同时，移动云服务器通常是半诚实的，导致数据隐私泄露[7]、[8]、[9]。尽管加密后外包技术可以在一定程度上保护数据隐私[10]、[11]、[12]，但它严重限制了数据可用性，这对数据搜索和共享是不利的[13]。为了确保数据隐私而不丢失其可用性，一种名为可搜索加密（SE）的密码学原语被形式化定义。如图1所示，通过SE技术[14]、[15]、[16]，数据接收者可以获得搜索结果并将其应用于各种移动场景（例如移动医疗、移动交通、移动办公）。近年来，众多研究人员将SE引入云环境，从而增强了SE的功能性和安全性，例如合取关键词SE[17]、多接收者SE[18]、[19]、认证SE[20]、[21]等。