无密钥托管且支持用户撤销的属性基加密系统及方法与流程

技术特征：

1.一种无密钥托管且支持用户撤销的属性基加密系统，其特征在于，包括：密钥授权端、云服务提供端、群管理端、加密端解密服务器和解密端；

所述密钥授权端，用于产生密钥授权端的公私钥对，群更新密钥，公开参数，并与解密端合作生成用户公钥，用户更新密钥，用户私钥；

所述云服务提供端，根据重加密密钥和密文，产生重加密后密文；

所述群管理端，用于产生群主密钥，群公钥和字典；根据公开参数、群主密钥、密钥授权端的公钥、用户身份，计算用户证书；根据群更新密钥，公开参数，生成更新后的群主密钥，群公钥，字典，重加密密钥和用户的更新密钥；

所述加密端，用于根据消息、公开参数、密钥授权端的公钥、用户公钥和群公钥，产生密文；

所述解密服务器，用于根据部分的更新的用户私钥和密文，产生转换消息；

所述解密端，用于根据随机密钥值和转换消息，输出消息。

2.根据权利要求1所述的无密钥托管且支持用户撤销的属性基加密系统的加密方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：密钥授权端根据端输入安全参数λ，获得密钥授权端的公私钥对{PKKA，SKKA}、群更新密钥GUKKA和公开参数param；

步骤S2：群管理端根据公开参数param，生成群主密钥GMKver，群公钥GPKver和字典Dicver；

步骤S3：群管理端根据公开参数param，群主密钥GMKver，密钥授权端的公钥PKKA，用户身份UID，得到用户证书Certver；

步骤S4：密钥授权端和解密端获取用户证书Certver，公开参数param，群公钥GPKver，用户属性S，密钥授权端的私钥SKKA，合作生成用户私钥USKver，秘密值SKuser，用户公钥PKuser和用户更新密钥UKver；

步骤S5：加密端获取消息M，访问策略公开参数param，密钥授权端的公钥PKKA，用户公钥PKuser和群公钥GPKver，产生密文CTver；

步骤S6：群管理端获取群更新密钥GUKKA，公开参数param，产生更新后的群主密钥GMKver 1、群公钥GPKver 1，字典Dicver 1，重加密密钥ReKeyver 1和用户的更新密钥为UKver 1；

步骤S7：解密端获取用户私钥USKver、用户的更新密钥为UKver 1，得到更新后的用户私钥USKver 1；

步骤S8：云服务提供端根据重加密密钥ReKeyver 1，密文CTver，输出重加密后密文CTver 1；

步骤S9：解密服务器和解密端输入更新后的用户私钥USKver 1和密文CTver 1，输出消息M。

3.根据权利要求2所述的无密钥托管且支持用户撤销的属性基加密系统的加密方法，其特征在于，所述步骤S1，具体包括以下步骤：

步骤S11：设G0和GT是两个阶为素数p的双线性群，g表示G0的生成元；e：G0×G0→GT表示一个双线性映射，H：{0，1}^*→G0表示一个哈希函数；

定义Δi，S(x)＝Пl∈S，l≠i(x--l)/(i-l)为拉格朗日插值，其中并且系统公开参数为param＝{G0，GT，p，g，H，e}；

步骤S12：密钥授权端随机选择计算g^β和g^1/β；密钥授权端公钥为PKKA＝{g^β}，密钥授权端私钥为SKKA＝{β}；另外，密钥授权端发送群更新密钥GUKKA＝g^1/β给群管理端。

4.根据权利要求2所述的无密钥托管且支持用户撤销的属性基加密系统的加密方法，其特征在于，所述步骤S2中，具体包括以下步骤：

步骤S21：群管理端随机一个随机值计算和GID表示群的身份；群主密钥是GMKver＝{Kver}，群公钥是

步骤S22：群管理端设置一个字典Dicver用来存储用户更新密钥；字典被初始化为空，ver表示的是当前的版本；如果一个用户从群中撤销，那么GMKver、GPKver和Dicver的版本需要被更新为新版本ver 1。

5.根据权利要求2所述的无密钥托管且支持用户撤销的属性基加密系统的加密方法，其特征在于，所述步骤S4中，具体包括以下步骤：

步骤S41：密钥授权端首先验证用户的身份，判断等式是否成立；如果等式不成立，算法输出⊥；否则，等式成立则表明该用户身份合法；密钥授权端计算

步骤S42：密钥授权端为用户随机选择计算并发送给用户；解密端随机选择一个秘密值SKuser为计算相应的公钥PKuser＝{g^α，e(g，g)^α}；接着，密钥授权端输入一个元组(SKKA＝{β}，rUID)，解密端输入α，密钥授权端和解密端执行一个安全的两方安全计算协议(two-party computation，2PC)，2PC输出w＝(α rUID)β发给解密端；

步骤S43：解密端选择一个随机值计算POK(*)表示秘密值的知识证明，POK(X1，τ)和X1发送给密钥授权端；

步骤S44：密钥授权端先是计算接着随机选择生成作为用户的群私钥密钥授权端发送元组给用户，密钥授权端计算用户更新密钥UKver＝{UID，dver；1＝H(UID)，dver；2＝(g×H(UID))^1/β}，并发送UKver给群管理端，群管理端将UKver存储进字典Dicver；

步骤S45：解密端随机选取计算解密端的个人身份私钥是随机密钥值是rk＝{t1，t2}；

设S表示用户的属性集合，解密端为每个属性l∈S随机选择对于计算和解密端的属性私钥是

解密端为群GID选取一个随机值计算和解密端群私钥为USKGID＝{DGID，D，D′}。

6.根据权利要求2所述的无密钥托管且支持用户撤销的属性基加密系统的加密方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下步骤：

步骤S51：加密端定义一个访问策略树并选取两个随机值计算和

步骤S52：加密端为每个结点选择一个度为dx＝kx-1的多项式qx。对于树的根结点R，设置qR(0)＝s2；而对于树上其他的结点DO选择一个度dx的设置qx(0)＝qparent(x)(index(x))的多项式；

步骤S53：令Y是树的叶子集合，M是要加密的明文，DO计算密文

7.根据权利要求2所述的无密钥托管且支持用户撤销的属性基加密系统的加密方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括以下步骤：

步骤S61：当用户从群中被撤销，群管理端需要更新群主密钥群公钥；群管理端随机选择计算更新后的群主密钥是GMKver 1＝{κver 1}，更新后的群公钥是

步骤S62：群管理端计算重加密密钥

群管理端计算用户的更新密钥为群管理端发送UKver 1给解密端，存储元组UKver 1于字典中，并且字典更新为Dicver 1。

8.根据权利要求2所述的无密钥托管且支持用户撤销的属性基加密系统的加密方法，其特征在于，所述步骤S7具体包括以下步骤：

对于解密端计算以及更新的属性私钥是更新的群私钥是USK′GID＝{DGID，D′，D1}；输出更新的用户私钥USKver 1＝{rk，USKper，USK′S，USK′GID}。

9.根据权利要求2所述的无密钥托管且支持用户撤销的属性基加密系统的加密方法，其特征在于，所述步骤S8具体包括以下步骤：更新密钥后，群管理端向云服务提供端请求重加密操作，云服务提供端接下来进行重加密操作，计算因此更新的密文是

10.根据权利要求2所述的无密钥托管且支持用户撤销的属性基加密系统的加密方法，其特征在于，所述步骤S9具体包括以下步骤：

步骤S91：解密端发送数据访问请求后，云服务提供端将相应的CTver 1发送给解密服务器；

同时，解密端将部分私钥{USKper，USK′S，USK′GID}发送给解密服务器；

步骤S92：解密服务器输入USK′S和CTver 1，执行DecryptionNode(CTver 1，USK′S，x)，其中x表示的一个结点；

如果x是一个叶子，设置v＝att(x)；如果v∈S，DecryptionNode(CTver 1，USK′S，x)的执行过程如下，输出的结果记作Fx。否则输出⊥；

x表示一个非叶子结点时，执行递归操作DecryptionNode(CTver 1，USK′S，x)。对于x的所有的孩子结点z，递归函数DecryptionNode(CTver 1，USK′S，x)又名为DecryptionNode(CTver 1，USK′S，z)，输出结果记作Fz；Sx是孩子结点z的一个任意的kx大小的集合，需满足Fz≠⊥。如果不存在满足条件的集合，函数输出为⊥；否则，按照以下流程计算Fx，其中i＝index(z)，S′x＝{index(z)：z∈Sx}；

如果用户解密端的属性集合S满足访问策略那么其中R是的根结点；

步骤S93：当解密端是合法的群成员的时候，函数Decryption(CTver 1，USK′GID，GID)可以正确地输出结果，结果记作Fg；

步骤S94：解密服务器计算转换消息Mtran如下：

解密服务器发送Mtran＝{Mtran1，Mtran2，Cver 1，Fg，FR}给解密端，解密端接下来执行本地解密；

步骤S95：Local_Decrypt(rk，Mtran)→M：解密端计算和解密端恢复出消息M：

技术总结
本发明涉及一种无密钥托管且支持用户撤销的属性基加密系统，包括：密钥授权端，产生密钥授权端的公私钥对，群更新密钥，公开参数；与解密端合作生成用户公钥，用户更新密钥，用户私钥；云服务提供端，根据重加密密钥和密文，产生重加密后密文；群管理端，产生群主密钥，群公钥和字典；根据公开参数、群主密钥、密钥授权端的公钥、用户身份，计算用户证书，并生成更新后的群主密钥，群公钥，字典，重加密密钥和用户的更新密钥为；加密端产生密文；解密服务器，产生转换消息；解密端，根据随机密钥值和转换消息，输出消息。本发明在保证可靠性的前提下，有效提高云存储中的访问控制和数据安全。

技术研发人员：李继国;章如愿;张亦辰;
受保护的技术使用者：福建师范大学;
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2022.03.08