云计算安全中的密码新理论及关键技术研究

Cloud computing, as a more powerful network computing model, is restrained from wide use for its security issues. This program aims to find out new cryptographic theory and key techniques with a strong focus on the study of the important security issues of data security and key management in cloud computing. First of all, cryptographic architectures of cloud computing security joined by the trusted third party, and other typical cases about security requirement are founded respectively; and then the cryptographic technical systems of these architectures are analyzed. Secondly, the key cryptographic technical and algorithms about data security and key management in cloud computing are studied. An efficient delegatable full homomorphic encryption algorithms and threshold secret sharing algorithms with public verifiability are given, as well as the searchable signcryption and its attribute-based algorithms are proposed. Finally, the application of the new theory and key techniques of cryptography in the security protocols of cloud computing are studied. The security data storage protocols and transmission protocols based on the new full homomorphic encryption and searchable signcryption are designed respectively; typically, under the cryptographic architecture joined by the trusted third party, the key management protocols of cloud computing including key distribution and update protocols are given based on the new secret sharing; moreover, the properties of these protocols must be verified by simulation tools. The innovated finding of this program on theory and technology will provide important support for handling the key issues in cloud computing security. Therefore, the research of this program has important values on theory and application.

云计算作为极具优势的网络计算模式，其安全问题严重制约着它的广泛应用。本项目针对云计算数据安全、密钥管理等重要安全问题进行研究，拟从密码学角度给出解决问题的新理论和关键技术。首先，建立有可信第三方参与等典型安全需求下的云计算安全密码架构，并对这些架构的密码技术体系进行分析；其次，研究云计算数据安全、密钥管理等的关键密码技术和算法，给出高效可代理全同态加密和可公开验证门限秘密共享算法，提出可搜索签密并设计基于属性的可搜索签密算法；最后，对密码新理论及关键技术在云计算安全中的应用进行研究，分别设计不同密码架构下基于新全同态加密和可搜索签密的数据安全存储等协议，特别给出有可信第三方参与的密码架构下，基于新秘密共享的密钥分发、更新等密钥管理协议，并对协议性能进行仿真验证。本项目在理论和技术上的创新成果，将为云计算安全关键问题的解决提供重要理论和技术支持。因此，本项目的研究具有重要的理论和应用价值。

本项目以解决云计算数据存储、传输、分发、共享等实际中面临的重要安全问题为目标，对密码学中加密、签名、签密、秘密共享、多方安全计算等关键理论和技术及其应用进行了深入研究，提出了一些适于云计算安全需要的新密码理论和技术，建立了基于新密码算法和技术的云存储、访问控制及密钥管理等的云计算安全方案和模型，并对特殊密码算法及云计算安全方案给出了其快速实现的方法。本项目研究所给出的新密码算法包括：格上属性可撤销的属性加密算法、格基广播加密算法、可公开验证的多秘密共享算法、椭圆曲线上无证书可公开验证签密算法、广播签密算法和可搜索加密算法等，同时给出了两种椭圆曲线上公钥密码标量乘的快速算法。基于这些新密码理论和技术建立的云计算安全方案和模型有：基于格上加密算法的具有可追踪性的安全云存储方案、基于属性加密的属性可撤销的安全云存储模型、基于快速公钥算法同态特性的密文条件下安全序列比较协议、基于新签密算法和可搜索加密算法的以云服务器为中心支持不同权限多用户访问的云计算数据访问控制模型。研究了在云计算不同服务模式下，云计算中多方安全计算的快速实现问题，在基础设施即服务的云计算模式中，建立了一种支持存储程序的混淆随机存取虚拟化方案，在平台即服务的云计算模式中，建立了一种支持并行计算的函数加密方法，在软件即服务的云计算模式中，基于混淆随机存取计算建立了一种支持数据隔离的安全云存储方案。本项目所取得的以上创新理论和应用研究成果，一方面丰富了密码学的理论、技术和方法，更重要的是为云计算数据安全存储、传输、分发、共享等提供了新的理论和技术保障。