一種數(shù)據(jù)加密存儲算法在云計(jì)算中的研究

吳珈逸+李雷

摘要：基于云計(jì)算下的信息安全存儲模式正在引起廣泛的關(guān)注，本文首先闡述了云計(jì)算中的相關(guān)概念，其次描述密鑰聚合算法及其不足，提出了一種改進(jìn)的密鑰聚合算法，通過對傳統(tǒng)密鑰聚合中和進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)行了緊湊性分析和正確性證明，在云計(jì)算仿真平臺實(shí)驗(yàn)中與傳統(tǒng)的DES算法，AES算法進(jìn)行相比取得了比較好的效果，說明本文算法在云計(jì)算平臺中具有一定的效果。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；加密；聚合算法

0.引言

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”，云計(jì)算概念不斷發(fā)展，有關(guān)云計(jì)算模式下的存儲技術(shù)正在引起大家廣泛的關(guān)注.云計(jì)算中的存儲是由云計(jì)算衍生和發(fā)展而來的一種存儲服務(wù)技術(shù)，其本質(zhì)是通過本地網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)信息上傳到云計(jì)算服務(wù)提供商中，這樣可以有效的降低企業(yè)存儲數(shù)據(jù)成本、提高使用和高擴(kuò)展性的優(yōu)勢，有利于滿足海量數(shù)據(jù)存儲中的需求，有效的成為信息存儲發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。

1.云計(jì)算下的聚合加密算法

1.1密鑰聚合算法描述

為了實(shí)現(xiàn)云計(jì)算下的數(shù)據(jù)有效共享，Chu在2014年提出了密鑰聚合加密機(jī)制，利用雙線性映射構(gòu)造而成，其實(shí)質(zhì)是在用戶的加密過程中，不僅僅是對信息進(jìn)行簡單的使用公鑰加密，而是在密文信息中添加一個(gè)標(biāo)識記號，這就意味著加密后的密文被分解稱了幾個(gè)部分，密鑰的擁有者持有一個(gè)主密鑰，而從該密鑰中可以分離出不同類型的私密密鑰，被分離出來的密鑰成為聚合密鑰（Aggregate Key，AK），使用這種聚合密鑰加密的算法為聚合密鑰加密（Key Aggregate Encryption，簡稱KAE）算法.通常一個(gè)密鑰聚合加密算法有以下幾個(gè)部分組成：（1）數(shù)據(jù)擁有者建立一個(gè)公共系統(tǒng)參數(shù)；（2）通過生成一個(gè)公共密鑰對；（3）消息通過并聯(lián)合明文數(shù)據(jù)來決定密文中的標(biāo)識符；（4）數(shù)據(jù)擁有者使用主/私密鑰來產(chǎn)生一個(gè)聚合解密密鑰給密文子集，通過分散函數(shù)產(chǎn)生，并通過安全的郵件傳給授權(quán)者；（5）用戶使用函數(shù)，通過聚合密鑰來解密密文，在聚合密鑰中包含密文的表示符.

1.2算法說明

在KAE算法中，密文，密鑰、主密鑰和聚合密鑰都是具有相同固定大小的.在傳統(tǒng)的加密方法中，密鑰的分布都是呈現(xiàn)線性增長的，但每次都只需要使用到其中一小部分，這樣就造成了一定的約束關(guān)系，而本文的算法可以消除這種約束關(guān)系.本文為了更好的說明使用KAE算法來進(jìn)行云端上的存儲文件的共享的過程，設(shè)定用戶A和用戶B，其步驟如下：

步驟1：用戶A需要云端共享服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，執(zhí)行獲得參數(shù)

步驟2：用戶A執(zhí)行，得到公私密鑰對，并將這些密鑰保存在安全密鑰管理系統(tǒng)中，安全密鑰管理服務(wù)主要是負(fù)責(zé)密鑰的生成和保存管理用戶密鑰，如果生成的密鑰由用戶自己來管理，可能會發(fā)生丟失等情況，這樣在很大程度上不能保證密鑰的安全性

步驟3：用戶A執(zhí)行，將加密豪的數(shù)據(jù)傳輸導(dǎo)分布式存儲系統(tǒng)中

步驟4：云端服務(wù)器收到了參數(shù)和后，需要和用戶A的共享用戶通過私鑰來更新服務(wù)器上的信息.當(dāng)用戶A將一部分?jǐn)?shù)據(jù)集分享給用戶B額時(shí)候，用戶A只需要執(zhí)行來計(jì)算聚合密鑰，通過安全郵件傳遞給用戶B

步驟5：用戶B獲得訪問云端數(shù)據(jù)庫權(quán)限后，使用聚合密鑰下載云端中的數(shù)據(jù)，對于任意的，用戶B能夠從服務(wù)器上通過函數(shù)解密下載各種密文

2.實(shí)驗(yàn)說明

為了進(jìn)一步說明云計(jì)算存儲具有的安全性能，本文搭建了云計(jì)算存儲實(shí)驗(yàn)平臺，并對采用了KAE算法的存儲平臺進(jìn)行性能測測試

（1）數(shù)據(jù)寫入

考慮到云計(jì)算系統(tǒng)中的加密功能可能會對整個(gè)云計(jì)算環(huán)境構(gòu)成影響，因此選擇大小不同的文件來進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入和讀取，在測試過程中，選擇了三種不同的情況來進(jìn)行比較，分別是使用DES加密，使用AES加密和使用KAE加密三種比較，如表2所示.

從表1中可以發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)云計(jì)算系統(tǒng)的文件中進(jìn)行加密的時(shí)候，整個(gè)系統(tǒng)的文件寫入的時(shí)間都會增加，但隨著文件數(shù)量的大小的不斷增加，文件寫入的時(shí)間都會增加，導(dǎo)致整個(gè)文件的寫入時(shí)間相應(yīng)的增加，因此整體速度呈現(xiàn)下降趨勢，從圖中發(fā)現(xiàn)AKE加密算法的效果要優(yōu)于其他兩種加密算法，這說明本文的算法能夠很好的滿足寫入數(shù)據(jù)的加密過程.

（2）數(shù)據(jù)讀取

當(dāng)文件以加密的方式寫入到云計(jì)算系統(tǒng)中之后，當(dāng)文件的讀取就需要對其進(jìn)行解密，才能對信息進(jìn)行有效的讀取，表3描述了不同操作下文件讀取的時(shí)間對比，圖2表示了與之前相同的三種算法的讀取對比，從圖3中可以發(fā)現(xiàn)在采用AKE算法后，文件的讀取時(shí)間和文件寫入時(shí)間大致基本相同，并且采用AKE算法后的時(shí)間要多于其他兩種算法，這是合理正常的，因?yàn)榫退惴ǖ膹?fù)雜度而言，本文算法要高于其他兩種算法.

從表3的效果來看，在三種算法的情況下，文件的讀取速度差別大于寫入速度，這說明云計(jì)算用戶在進(jìn)行下載相關(guān)信息的時(shí)候，采用KAE算法與其他加密算法下載時(shí)間差別較小，這樣就能夠在一定程度上滿足文件的共享需求，能夠有效的適合HDFS中的文件的一次寫入多次被多出的特點(diǎn)，能夠有效的適應(yīng)整個(gè)云計(jì)算平臺.

4.結(jié)束語

本文首先描述了云計(jì)算平臺的相關(guān)內(nèi)容，其次通過對KAE算法進(jìn)行描述，提出了使用該算法進(jìn)行加密的過程，通過在云計(jì)算平臺上的實(shí)際性能測試，說明了KAE加密算法能夠有效的適應(yīng)云計(jì)算平臺中的相關(guān)信息加密過程，具有一定的應(yīng)用價(jià)值.

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