二叉树结构的多用户茫然RAM方案

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大规模数据的共享和访问引发了网络技术的迅速发展,结合传统计算机的应用,出现了云计算这一新的计算模型。云计算以其容错性强、成本低廉等优势获得广泛的研究与应用,与此同时,其安全性也成为社会各界关注的焦点。在数据挖掘与云计算迅速发展的大背景下,用户与服务器进行交互所产生的地址序列,即访问模式,会造成用户隐私的泄露,信息检索、茫然RAM技术以及动态分配数据结构等方法可以有效保护用户的访问模式,其中,茫然RAM这一后起的密码原语,作为一种极其有效的解决方式,成为海内外学者的研究热点。茫然RAM技术简单来说就是将RAM程序复杂化,一步拆分成随机的多步,从而成功保护访问模式,确保访问操作的茫然性。茫然RAM技术的实现方案有很多种,比如分层结构的茫然RAM方案,二叉树结构的茫然RAM方案、具有计算能力的茫然RAM方案。在已有的解决方案中,基本都是单用户方案,但是,在实际应用中,用户希望自身存储到云服务器的数据可以共享给其他用户,由此可见,多用户的茫然RAM方案具有很强的应用背景。2014年,Zhang等人首次设计出真正的多用户茫然RAM方案,但是匿名器的访问开销很大,因此,有必要设计更高效的多用户茫然RAM方案。为了实现特定用户群体共享数据的功能,必须引进代理,充当用户和服务器联系的桥梁,具有授权功能的代理加密方案的开销比较大,而且在本文应用背景下,用户群体内并不涉及数据的访问权限问题,所以只需要使用不具有授权功能的简单高效的代理加密方案。本文设计了一个新的代理加密方案,新方案与Dong等人的方案类似,但是代理需要存储的数据量减少很多,同时,新方案的安全性并没有降低。利用新提出的代理加密方案,设计二叉树结构的多用户茫然RAM方案(BTS-M ORAM)。BTS-M ORAM方案有两个设计创新点:一是在服务器上采用二叉树的形式组织存储数据,而不是像Zhang等人采用分层方式,极大提高了访问数据的效率;二是,使用新提出的代理加密方案,在同样的安全级别下,大大减少了代理需要存储的数据量。在BTS-M ORAM方案的基础上借鉴Shi等人使用的递归方法,设计递归的二叉树结构的多用户茫然RAM方案(R-BTS-M ORAM),成功消除了代理需要存储的位置映射表,进一步降低了代理需要存储的数据量。本文首先介绍了茫然RAM技术以及代理加密机制的概念以及发展历程,并对二叉树结构的单用户茫然RAM技术的工作原理进行叙述。然后,详细描述了修改后的新代理加密方案,并对该方案进行安全分析。最后,利用新提出的代理加密方案,设计了BTS-M ORAM方案和R-BTS-M ORAM方案,根据空间和效率的取舍,两种方案有各自适用的应用领域,而且相对于已有的多用户茫然RAM方案来说,访问效率得到了很大的提高,因此,本文工作具有一定的研究意义。
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