雾计算中安全与隐私保护相关密码理论的研究

Fog computing is a new distributed computing paradigm, that empowers the network devices at edge levels (fog computing devices) with various degrees of computational and storage capability. Such fog computing concept, actually cloud computing closed to the “ground”, is a supplement of cloud computing. The security and privacy protection of fog computing have some special problems related to cryptography, for example, how to maintain the security of leakage resilient cryptosystems deployed on the fog computing devices; how to upload the important aggregate cipher-texts correctly from fog computing devices to cloud; how to efficiently determine which requests from the terminals should be real-time or low latency processed, etc. The project research the leakage resilient cryptography, and design CCA secure CP-ABE scheme in the post-challenge auxiliary input model, to resolve the problem of secret key leakage taken place in the fog computing devices; Furthermore, we research the linearly homomorphic aggregate signature, and construct the upload scheme based on linearly homomorphic aggregate signature, to resolve the problem that how to upload the aggregate cipher-texts correctly from fog computing devices to cloud; We also research the key-aggregate cryptosystem, and devise the leakage resilient key-aggregate cryptosystem with batch verification, to resolve the problem that how to efficiently decide and process the request cipher-texts for the fog computing devices.

雾计算是一种新的分布式计算模式，赋予边际层次的网络设备（即雾计算设备）一定的计算和存储能力。雾计算的概念实际使云计算更贴近“大地”，是云计算的一种补充。雾计算的安全与隐私保护具有一些特殊的和密码学相关的问题，例如如何保证在雾计算平台实施的密码方案，在密钥泄露的情况下依然保持安全性；如何保证雾设备正确地将聚合处理后的重要密文上传给云中心；雾计算设备如何高效地判断终端发来的哪些请求是必须实时，低延迟处理的等等。本项目致力于研究弹性泄露密码体制，设计后挑战辅助输入模型下CCA安全的密文策略属性基密码算法，以应对雾计算设备的密钥泄露问题；还致力于研究线性同态聚合签名，设计基于线性同态聚合签名的聚合密文上传方案，以应对雾计算设备正确上传聚合隐私密文的问题；我们还将致力于研究密钥聚合系统，设计带认证机制且抗密钥泄露的密钥聚合系统方案，以应对雾计算设备高效判定处理请求密文问题。

雾计算是一种新的分布式计算模式，赋予边际层次的网络设备（即雾计算设备）一定的计算和存储能力，与边缘计算概念相近。在物联网系统中，雾计算层相对终端层拥有较多的资源，相对云层则有距离终端层近的优势，因此它可以帮助物联网系统应对各类安全挑战。本项目主要关注雾计算安全与隐私保护中一些和密码理论相关的问题，针对基于雾计算层的安全与隐私保护机制，部署在雾设备上的密码方案抗泄漏，基于雾计算的区块链安全与隐私保护，基于雾设备的终端密文聚合，以及基于雾设备的终端身份认证等问题进行了较为深入的研究，取得了一定的成果。本项目通过研究弹性泄露密码体制，设计出后挑战辅助输入模型下CCA安全的一些密码算法；通过研究各类聚合密码系统，设计出抗密钥泄露的密钥聚合系统方案，带认证机制的密文聚合系统等密码方案；研究雾计算与区块链的结合，设计出带时间排序的动态门限环签名方案和基于区块链平台的雾计算数据存储协议等密码方案；研究基于雾计算设备的身份认证，设计出弱身份终端的隐私保护与可追踪认证协议和基于盲批量加密的终端认证协议等密码方案。本项目设计的面向雾计算安全与隐私相关的密码方案，其安全性都给出了形式化的证明，其性能都在雾计算平台做了实现和分析，具有较好的理论意义和实用价值，未来可应用于各类对安全和隐私保护有需求的物联网应用中。