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云存储中数据完整性自适应审计方法

更新时间：2019-12-25 12:49:36 大小：2M 上传用户：zhiyao6查看TA发布的资源 标签：云存储 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

作为云存储安全的重要问题,数据完整性验证技术受到学术界和工业界的广泛关注.为了验证云端数据完整性,研究者提出了多个数据完整性公开审计模型.然而,现有的数据完整性审计模型采用固定参数审计所有文件,浪费了大量计算资源,导致系统审计效率不高.为了提高系统的审计效率,提出了一种自适应数据持有性证明方法(self-adaptive provable data possession,SA-PDP),该方法基于文件属性和用户需求动态调整文件的审计方案,使得文件的审计需求和审计方案的执行强度高度匹配.为了增强审计方案更新的灵活性,依据不同的审计需求发起者,设计了2种审计方案动态更新算法.主动更新算法保证了审计系统的覆盖率,而被动更新算法能够及时满足文件的审计需求.实验结果表明:相较于传统方法,SA-PDP的审计总执行时间至少减少了50%,有效增加了系统审计文件的数量.此外,SAPDP方法生成的审计方案的达标率比传统审计方法提高了30%.


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：
ＤＯＩ１０．７５４４ｉｓｓｎ１０００ － １２３９ ．２０１７ ．２０１５０９００  
?
计 算 机 研 究 与 发 展  
（）： ，  
５４１ １７２－１８３ ２０１７  
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍ ｕｔｅｒＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏ ｍｅｎｔ  
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云存储中数据完整性自适应审计方法  
王惠峰 李战怀  
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张
晓
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鉴
赵晓南  
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（
）
西北工业大学计算机学院 西安  
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７１０１２９  
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（
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ｗａｎｈｕｉｆｅｎ１２ １６３．ｃｏｍ  
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ＡＳｅｌｆ－ＡｄａｔｉｖｅＡｕｄｉｔＭｅｔｈｏｄｏｆＤａｔａＩｎｔｅｒｉｔ ｉｎｔｈｅＣｌｏｕｄＳｔｏｒａｅ  
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Ｗａｎ Ｈｕｉｆｅｎ ＬｉＺｈａｎｈｕａｉ Ｚｈａｎ Ｘｉａｏ ＳｕｎＪｉａｎ ａｎｄＺｈａｏＸｉａｏｎａｎ  
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（
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Ｓｃｈｏｏｌｏ Ｃｏｍ ｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔ Ｘｉａｎ７１０１２９  
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Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｓａｎｉｍ ｏｒｔａｎｔｉｓｓｕｅｏｆｃｌｏｕｄｓｔｏｒａｅｓｅｃｕｒｉｔ ｄａｔａｉｎｔｅｒｉｔ ｃｈｅｃｋｉｎ ｈａｓａｔｔｒａｃｔｅｄａｌｏｔ  
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ｏｆａｔｔｅｎｔｉｏｎｆｒｏｍａｃａｄｅｍｉａａｎｄｉｎｄｕｓｔｒ ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｖｅｒｉｆ ｄａｔａｉｎｔｅｒｉｔ ｉｎｔｈｅｃｌｏｕｄ ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ  
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ｈａｖｅ ｒｏｏｓｅｄｍａｎ ｕｂｌｉｃａｕｄｉｔｓｃｈｅｍｅｓｆｏｒｄａｔａｉｎｔｅｒｉｔ ．Ｈｏｗｅｖｅｒ ｍｏｓｔｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎ ｓｃｈｅｍｅｓ  
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ａｒｅｉｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｗａｓｔｅｍｕｃｈｃｏｍ ｕｔｉｎ ｒｅｓｏｕｒｃｅｂｅｃａｕｓｅｔｈｅ ａｄｏｔｆｉｘｅｄ ａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒａｕｄｉｔｉｎ ａｌｌ  
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ｔｈｅｆｉｌｅｓ．Ｉｎｏｔｈｅｒｗｏｒｄｓ ｔｈｅ ｈａｖｅｎｏｔｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｈｅｉｓｓｕｅｏｆｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｎ ａｎｄａｕｄｉｔｉｎ ｔｈｅｌａｒｅ－  
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ｓｃａｌｅｆｉｌｅｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍ ｒｏｖｅｔｈｅａｕｄｉｔｅｆｆｉｃｉｅｎｃ ｏｆｔｈｅｓｓｔｅｍ ｗｅ ｒｏｏｓｅａｓｅｌｆ－ａｄａｔｉｖｅ ｒｏｖａｂｌｅ  
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（
），  
ｄａｔａ ｏｓｓｅｓｓｉｏｎ ＳＡ－ＰＤＰ ｗｈｉｃｈｕｓｅｓａｓｅｌｆ－ａｄａｔｉｖｅａｌｏｒｉｔｈｍｔｏａｄｕｓｔｔｈｅａｕｄｉｔｔａｓｋｓｆｏｒ  
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ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｉｌｅｓａｎｄ ｍａｎａｅｔｈｅｔａｓｋｓｂ ｔｈｅａｕｄｉｔ ｕｅｕｅｓ．Ｂ ｔｈｅ ｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｎａｌｓｉｓｏｆｔｈｅａｕｄｉｔ  
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，
，
ｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｆｉｌｅｓ ｉｔｃａｎ ｄｎａｍｉｃａｌｌ ａｄｕｓｔｔｈｅａｕｄｉｔ ｌａｎｓ ｗｈｉｃｈ ｕａｒａｎｔｅｅｓｔｈｅｄｎａｍｉｃ  
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ｍａｔｃｈｉｎ ｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｕｄｉｔｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｆｉｌｅｓａｎｄｔｈｅｅｘｅｃｕｔｉｏｎｓｔｒｅｎｔｈｏｆａｕｄｉｔ ｌａｎｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏ  
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，
ｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔ ｏｆｕｄａｔｉｎ ａｕｄｉｔ ｌａｎｓ ＳＡ－ＰＤＰｄｅｓｉｎｓｔｗｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕｄａｔｅａｌｏｒｉｔｈｍｓｏｆ  
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ａｕｄｉｔ ｌａｎｓｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｉｔｉａｔｏｒｓ．Ｔｈｅａｃｔｉｖｅｕｄａｔｅａｌｏｒｉｔｈｍ ｅｎｓｕｒｅｓｔｈａｔｔｈｅａｕｄｉｔ  
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ｓｓｔｅｍｈａｓｈｉｈｃｏｖｅｒａｅｒａｔｅｗｈｉｌｅｔｈｅｌａｚ ｕｄａｔｅａｌｏｒｉｔｈｍｃａｎｍａｋｅｔｈｅａｕｄｉｔｓｓｔｅｍｔｉｍｅｌ ｍｅｅｔ  
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ｔｈｅａｕｄｉｔｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｆｉｌｅｓ．ＥｘｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＳＡ－ＰＤＰｃａｎｒｅｄｕｃｅｍｏｒｅｔｈａｎ５０％  
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ｏｆｔｈｅｔｏｔａｌａｕｄｉｔｔｉｍｅｔｈａｎｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄ．ＡｎｄＳＡ－ＰＤＰｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌ ｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆ  
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，
ａｕｄｉｔｆｉｌｅｓｉｎｔｈｅａｕｄｉｔｓｓｔｅｍ．Ｃｏｍ ａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｕｄｉｔｍｅｔｈｏｄ ＳＡ－ＰＤＰｃａｎｉｍ ｒｏｖｅ  
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ｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄ－ｒｅａｃｈｉｎ ｒａｔｅｏｆａｕｄｉｔ ｌａｎｓｂ ｍｏｒｅｔｈａｎ３０％．  
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；
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；
；
；
ｒｏｖａｂｌｅｄａｔａ ｏｓｓｅｓｓｉｏｎ ｓｅｌｆ－  
ꢀ ꢀｐ  
Ｋｅ ｗｏｒｄｓ ｄａｔａｓｅｃｕｒｉｔ ｃｌｏｕｄｓｔｏｒａｅ ｄａｔａｉｎｔｅｒｉｔ ｃｈｅｃｋｉｎ  
ｇ ｙ ｇ ｐ  
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ａｄａｔｉｖｅａｕｄｉｔ  
ｐ
ꢀ
，
作为云存储安全的重要问题 数据完整性验证技术受到学术界和工业界的广泛关注 为了验证  
．
摘
要
ꢀ
ꢀ
， ，  
云端数据完整性 研究者提出了多个数据完整性公开审计模型 然而 现有的数据完整性审计模型采用  
．
， ， ，  
固定参数审计所有文件 浪费了大量计算资源 导致系统审计效率不高 为了提高系统的审计效率 提出  
．
（
，
ｓｅｌｆ－ａｄａｔｉｖｅ ｒｏｖａｂｌｅｄａｔａ ｏｓｓｅｓｓｉｏｎ ＳＡ－ＰＤＰ  
ꢀｐ ꢀｐ  
），  
该方法基于  
了一种自适应数据持有性证明方法  
ｐ
ꢀ
，
文件属性和用户需求动态调整文件的审计方案 使得文件的审计需求和审计方案的执行强度高度匹配  
．
：
；
修回日期  
２０１５ １０ １２  
：
收稿日期  
－
－
－ －  
２０１６ ０２ １６  
ꢀ
ꢀ
： “ ”  
基金项目 国家 八六三 高技术研究发展计划基金项目  
（
）；  
国家自然科学基金项目  
（ ， ）；  
中央高校基本科  
６１４７２３２３ ６１５０２３９２  
２０１３ＡＡ０１Ａ２１５  
（
）；  
华为创新基金项目  
（
）
研业务费专项资金项目  
３１０２０１５ＪＳＪ０００９  
Ｙ Ｂ２０１４０４００２３  
（
Ｔｈｉｓｗｏｒｋ ｗａｓｓｕ ｏｒｔｅｄｂ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｈｉｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏ Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏ ｍｅｎｔＰｒｏｒａｍ ｏｆＣｈｉｎａ ８６３ Ｐｒｏｒａｍ  
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）
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（
）， （ ， ），  
２０１３ＡＡ０１Ａ２１５ ｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ ６１４７２３２３ ６１５０２３９２ ｔｈｅＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈＦｕｎｄｓ  
ꢀ
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ꢀ
ꢀ
（ ）， （ ）  
ｆｏｒｔｈｅＣｅｎｔｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ ３１０２０１５ＪＳＪ０００９ ａｎｄｔｈｅＨｕａｗｅｉＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＦｕｎｄ Ｙ Ｂ２０１４０４００２３ ．  
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：
通信作者 张晓  
（
）
ｚｈａｎｘｉａｏ ｎｗ ｕ．ｅｄｕ．ｃｎ  
ｇ ＠ ｐ  
ꢀ
：
王惠峰等 云存储中数据完整性自适应审计方法  
１７３  
， ，  
为了增强审计方案更新的灵活性 依据不同的审计需求发起者 设计了 种审计方案动态更新算法 主  
．
２
，
动更新算法保证了审计系统的覆盖率 而被动更新算法能够及时满足文件的审计需求 实验结果表明  
．
：
，
，
有效增加了系统审计文件的数量 此  
．
相较于传统方法  
的审计总执行时间至少减少了  
ＳＡ－ＰＤＰ  
５０％  
，
外
方法生成的审计方案的达标率比传统审计方法提高了  
ＳＡ－ＰＤＰ  
３０％．  
； ； ； ；  
数据安全 云存储 数据完整性验证 数据可持有性证明 自适应审计  
关键词  
ꢀ
中图法分类号  
ＴＰ３０９．２  
ꢀ
［ ，  
９１４－１５  
］
、
云存储服务以其高性价比 良好的扩展性和按  
于代理的审计模型  
将文件审计任务委托给第  
ꢀꢀ  
，
需付费等特点受到用户的普遍欢迎 同时 云存储服  
．
，
三方执行 并利用随机隐码技术实现了认证过程的  
［ ］  
１６  
，
务面临许多安全威胁 云端文件的数据完整性容易  
，
隐私保护 此外 朱岩等 人  
．
提 出 了 多 云协同存储  
［ ］  
１７  
遭受破坏 例如  
．
年 月谷歌  
３
邮箱出现故  
Ｇｍａｉｌ  
，
方案 王化群等人  
环境下的  
增强了该方案  
２０１１  
ＰＤＰ  
［
］
１５  
的安全性 贾小华等人 实现了多云环境下文件的  
．
，
障 导致大约  
；
２０１２  
万用户的数据丢失  
年 月盛  
８
１５  
［］  
１
［ ］  
１２  
大云因物理服务器磁盘损坏造成用户数据丢失  
．
批量审计 王 博 洋 等 人  
．
提 出 了 支 持 文 件 共 享 的  
，
６４％  
公司指出  
的受调查企业在过去  
个月  
１２  
ＥＭＣ  
，
方案 实现了低成本的用户共享权限的授予与  
ＰＤＰ  
［
］
２０  
回收 付艳艳等人 提出了面向云存储的多副本数  
．
中 经 历 过 数 据 丢 失 或 宕 机 事 故 数 据 完 整 性 验  
．
［
］
１－２  
，
作为云存储安全的重要问题 受到学术界和  
证
据完整性审计方案  
．
工业界的广泛关注 数据完整性验证能够及时发现  
．
以上方案为解决云存储数据完整性审计问题提  
，
数据损坏 为数据恢复赢得宝贵时间 但云存储中文  
．
，
供了可行思路 为进一步研究数据完整性审计模型  
，
件数量庞大 数据完整性验证面临沉重的审计负担  
，
，
及算法奠定了良好的基础 然而 现有方案仅考虑了  
．
不合理的审计方案将严重影响系统的审计效率 因  
．
，
单个文件的审计问题 未考虑大规模文件的协调审  
［ ］  
１５  
， 、  
此 如何有效降低大规模文件的审计成本 提高系统  
，
计问题 统称为  
（
）
模型  
Ｂ－ＰＤＰ ｂａｓｉｃＰＤＰ  
在云  
．
ꢀ
的审计效率是一个亟需解决的重要问题  
．
， ，  
存储环境下 面对大数据量和多样性的审计需求 现  
，
近年来 研究人员针对数据完整性验证问题提  
：） ，  
文件数量庞大 完成全域文  
１
有方案存在的问题是  
［
３－２０  
］
［］  
３
等人 提出了一种可  
出了多种解决方案  
．Ｊｕｅｌｓ  
；） ，  
文件活跃程度不同 活跃文件不能  
２
件审计成本高  
（
ｐ
，
ｙ
），  
检索数据证明模型  
ｒｏｏｆｓｏｆｒｅｔｒｉｅｖａｂｉｌｉｔ ＰＯＲ  
ꢀ ꢀ  
， ，  
及时得到审计 导致用户体验下降 不活跃文件可能  
“ ”  
要求返回指定位置的 哨兵 来检查文件损坏 但是  
．
；）  
文件被损坏  
３
被频繁审计带来了不必要的审计开销  
“ ” ， ，  
哨兵 数量固定 该模型只支持有限次数的审计 而  
，
概率不同 高强度审计所有文件将导致审计负载过  
［］  
４
等人 提出一  
“ ”  
重新布置 哨兵 代价高昂  
．Ａｔｅｎｉｅｓｅ  
，
重 在现实中不可行  
；）  
采用单一审计策略容易造成  
４
（
ｐ
，
种数据持有性证明模型  
，
某些文件长时间得不到审计 导致审计系统覆盖率不  
ｒｏｖａｂｌｅｄａｔａ ｏｓｓｅｓｓｉｏｎ  
ꢀ ꢀｐ  
）， ，  
采用随机抽样方式验证文件 使审计次数不  
ＰＤＰ  
足
．
，
受限制 并且  
，
将认证信息与原始数据分离 保  
，
为了解决以上问题 本文提出了一种综合考虑  
ＰＤＰ  
持了原始文件的独立性  
．ＰＤＰ  
数据完整性审计的主要方法  
已经成为验证云存储  
、
文件审计需求 审计效率和审计覆盖率的数据完整  
（
性自 适 应 审 计 方 法  
ＳＡ － ＰＤＰ ｓｅｌｆ－ａｄａｔｉｖｅ  
ｐ
．
、
方法的数据动态更新 公开审计和协  
针对  
）
该方法依据文件属性制  
ｒｏｖａｂｌｅｄａｔａ ｏｓｓｅｓｓｉｏｎ ．  
ＰＤＰ  
ｐ
ꢀ
ꢀｐ  
，
同存储等问题 研究人员进行了深入研究  
等
，
定满足其安全需求的审计方案 协调完成全域文件  
．Ｅｒｗａ  
ｙ
［］  
６
人
利用等级数据跳表实现了支持数据动态更新的  
， 、 ，  
的审计 具有低成本 高效率等特点 既能满足用户的  
［］  
９
，
模型 但 中 间 节 点 计 算 复 杂 王 聪 等 人 利 用  
．
， ，  
审计需求 又能有效减少文件审计成本 提高系统的  
ＰＤＰ  
结构简化了中间节点计算过程 朱  
．
审计效率  
ｍｅｒｋｌｅｈａｓｈｔｒｅｅ  
ꢀ ꢀ  
．
［
］
１１－１２  
岩和王博洋等人  
利用  
二维  
：
本文的主要工作及贡献如下  
ｉｎｄｅｘ－ｈａｓｈｔａｂｌｅ  
ꢀ
，
表结构实现了数据的动态更新 该结构适合更新请  
）
设计并实现了  
１
，
方法 该方法能够  
ＳＡ－ＰＤＰ  
［
］
１３  
求较少的情景 禹勇等人 指出了数据更新时面临  
．
，
基于文件属性自适应调节数据完整性审计方案 使  
，
的伪造攻击和重放攻击的问题 通过改进审计协议  
；
审计方案的执行强度与文件的审计需求高度匹配  
，
增强了系统的安全性 为了减轻用户的计算负担 基  
．
）
，
提出了 种审计方案的动态更新算法 主动  
２
２

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