云計(jì)算ccs細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法，包括如下步驟：采用壓縮感知技術(shù)，在得到初始密鑰之后，利用及N級移位寄存器及反饋函數(shù)計(jì)算公式產(chǎn)生密鑰；對產(chǎn)生的密鑰建立索引序列，并根據(jù)該索引序列得到編碼矩陣；當(dāng)云計(jì)算平臺在噪聲和攻擊條件下，根據(jù)N級移位寄存器、編碼矩陣及密鑰實(shí)現(xiàn)云計(jì)算數(shù)據(jù)訪問控制過程；所述N大于等于1。本發(fā)明的一種云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法的安全性高。
【專利說明】
云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及云數(shù)據(jù)訪問控制方法，具體設(shè)及一種云計(jì)算數(shù)據(jù)的ccs(ci〇ud Computational Se州rity，云計(jì)算安全性)細(xì)粒度訪問控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)據(jù)訪問控制實(shí)際上是通過制定訪問控制規(guī)則或策略來允許或限制云用戶對云 資源及其服務(wù)內(nèi)容的訪問。由于云計(jì)算環(huán)境中的資源和服務(wù)的分布性、動態(tài)性、匿名性W及 異構(gòu)性等原因，要實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度加密的數(shù)據(jù)訪問控制變得更復(fù)雜。雖然傳統(tǒng)IT運(yùn)行環(huán)境下有 很多模型和方法來實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度加密訪問控制，但運(yùn)些模型和方法都要求擁有數(shù)據(jù)的所有者 和存儲服務(wù)提供者屬于同一信任域中，但運(yùn)一條件在云環(huán)境下不再成立，即云數(shù)據(jù)擁有者 和云服務(wù)提供商多數(shù)不屬于同一信任安全域，云服務(wù)提供商不能完全了解數(shù)據(jù)擁有者的全 部信息，特別是在跨安全域訪問的情況下，更對訪問數(shù)據(jù)的用戶知之甚少，所W跨域訪問中 很難給云數(shù)據(jù)訪問者一個(gè)安全有效的數(shù)據(jù)訪問授權(quán)。因此，傳統(tǒng)的加密訪問控制技術(shù)并不 適用于云計(jì)算環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種安全性高的云計(jì)算CCS細(xì)粒度 數(shù)據(jù)控制方法。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0005] -種云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法，包括如下步驟：
[0006] 采用壓縮感知技術(shù)，在得到初始密鑰之后，利用及N級移位寄存器及反饋函數(shù)計(jì)算 公式產(chǎn)生密鑰；
[0007] 對產(chǎn)生的密鑰建立索引序列，并根據(jù)該索引序列得到編碼矩陣；
[000引當(dāng)云計(jì)算平臺在噪聲和攻擊條件下，根據(jù)N級移位寄存器、編碼矩陣及密鑰實(shí)現(xiàn)云 計(jì)算數(shù)據(jù)訪問控制過程；
[0009] 所述N大于等于1。
[0010] 優(yōu)選地，所述移位寄存器儲采用存儲雙精度十進(jìn)制數(shù)的方式存儲數(shù)據(jù)。
[0011] 優(yōu)選地，所述移位寄存器儲存儲的數(shù)據(jù)取值為[-1，1 ]。
[0012] 優(yōu)選地，所述采用壓縮感知技術(shù)在得到初始密鑰之后，利用及N級移位寄存器及反 饋函數(shù)計(jì)算公式產(chǎn)生密鑰的過程包括:采用壓縮感知技術(shù)通過高斯隨機(jī)函數(shù)得到生成N個(gè) 初始密鑰；
[0013] 將每個(gè)初始密鑰分別存儲于相應(yīng)的移位寄存器中；
[0014] 根據(jù)初始密鑰通過反饋函數(shù)計(jì)算得到移位寄存器當(dāng)前存儲的密鑰。
[0015] 優(yōu)選地，通過高斯函數(shù)的初始狀態(tài)值~N(〇，l)產(chǎn)生初始密鑰。
[0016] 優(yōu)選地，所述反饋函數(shù)產(chǎn)生的序列應(yīng)具有類似高斯隨機(jī)矩陣或者隨機(jī)對稱符號矩 陣的隨機(jī)性;該反饋函數(shù)產(chǎn)生的數(shù)值不能收斂于某個(gè)數(shù)值或者數(shù)值絕對值大小不斷擴(kuò)散； 若該反饋函數(shù)所產(chǎn)生的序列呈現(xiàn)周期性，則周期大于或等于所加密的數(shù)據(jù)長度。
[0017] 優(yōu)選地，所述對產(chǎn)生的密鑰建立索引序列，并根據(jù)該索引序列得到編碼矩陣的過 程包括：
[0018] 采用稀疏字典的索引序列對移位寄存器產(chǎn)生索引序列；
[0019] 通過索引序列生成N階哈達(dá)瑪矩陣，并選取哈達(dá)瑪矩陣的行向量構(gòu)成所述編碼矩 陣。
[0020] 優(yōu)選地，云計(jì)算數(shù)據(jù)訪問控制過程采用兩級加密或者多級加密的方式實(shí)行加密/ 解密控制。
[0021] 優(yōu)選地，所述攻擊和噪聲干擾由開-關(guān)符號的隨機(jī)跳變控制。
[0022] 優(yōu)選地，所述攻擊和噪聲干擾的隨機(jī)跳變應(yīng)用于多個(gè)互不相交的子集空間集合 中。
[0023] 本發(fā)明的有益效果：
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過采用壓縮感知技術(shù)，利用稀疏字典的索引序列生成N 階哈達(dá)瑪矩陣并建立編碼矩陣，解決了編碼矩陣的安全性測量問題，進(jìn)而提高了云計(jì)算CCS 細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法的安全性；另外根據(jù)編碼矩陣及N級移位寄存器可實(shí)現(xiàn)針對云平臺中 的不同數(shù)據(jù)用戶，采用不同形式的編碼矩陣，實(shí)現(xiàn)在接收端提供多級訪問控制的解碼模式， 針對不同云用戶的使用權(quán)限也不同，解決了跨域訪問中很難給云數(shù)據(jù)訪問者一個(gè)安全有效 的數(shù)據(jù)訪問授權(quán)的問題。
[0025] 進(jìn)一步地，通過將移位寄存器存儲單元改為存儲雙精度十進(jìn)制數(shù)，并通過反饋函 數(shù)設(shè)計(jì)使數(shù)值始終保持在[-1，1 ]范圍內(nèi)，保證密鑰隨機(jī)性的效果較好。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明的實(shí)施例中云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法的流程圖；
[0027] 圖2為本發(fā)明的實(shí)施例中步驟1的流程圖；
[0028] 圖3為本發(fā)明的實(shí)施例中云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法的原理圖
[0029] 圖4為本發(fā)明的實(shí)施例中云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法實(shí)驗(yàn)過程圖；
[0030] 圖5為本發(fā)明的實(shí)施例中云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法中圖像數(shù)據(jù)加密/解密處 理結(jié)果，其中（a)為原始圖像，（b)A = 〇. 5 ,CS加密編碼的圖像，（C)恢復(fù)的圖像（PSNR = 49地），（(1)人=〇.3，〔5加密編碼的圖像；（6)恢復(fù)的圖像。5^=36.62地），（門人=〇.15，盼加 密編碼的圖像；（g)恢復(fù)的圖像(PSNR = 28.83地）；
[0031] 圖6為本發(fā)明的實(shí)施例中云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法在A = O. 5時(shí)，不同高斯噪 聲下CCS加密圖像的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中：（a)Noiserei = 0.02別寸CS加密編碼圖像，（b)Noiserei = 0.05，〔5加密編碼圖像，（(：)對應(yīng)圖（曰)解密恢復(fù)的圖像。5^ = 38.61(18)，（(1)對應(yīng)圖（6)解 密恢復(fù)的圖像(PSNR = 23.82地）；
[0032] 圖7為本發(fā)明的實(shí)施例中云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法在不同程度的篡改（剪 切)數(shù)據(jù)攻擊下的解密結(jié)果，其中：（a 1)垂直方向剪切12.5 % ;(曰2)水平方向剪切12.5 % ; (a3)和(a4)分別是篡改攻擊后的加密圖像(al)和(a2)的解密圖像；（bl)剪切25%;(b2)剪 切50%;化3)和化4)分別是篡改攻擊后的加密圖像(bl)和化2)的解密圖像；
[0033] 圖8為本發(fā)明的實(shí)施例中云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法在A = O . 5時(shí)改變一個(gè)密 鑰數(shù)值后的解密圖像，其中：（a)解密圖像(密鑰數(shù):0.3292~(0，l))(b)解密圖像(密鑰數(shù) 值:0.32920.329);
[0034] 圖9為本發(fā)明的實(shí)施例中云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法在A = O.5時(shí)，指紋圖像的 數(shù)據(jù)測試值及其恢復(fù)的結(jié)果，其中：（a)原始指紋，（b)DBl測試值，（c)DB2測試值，（d)DB3測 試值，（e)DBr陜復(fù)的圖像，（f)DB2恢復(fù)的圖像，（g) DB3恢復(fù)的圖像(PSNR = 45.3地）（PSNR = 42.8地）。5服=41.92(18);
[0035] 圖10為DBl指紋的實(shí)現(xiàn)結(jié)果(PSNR = 29.3地）；
[0036] 圖11為DB2指紋的實(shí)現(xiàn)結(jié)果(PSNR = 27.51地）；
[0037] 圖12為DB3指紋的實(shí)現(xiàn)結(jié)果(PSNR = 26.54地）。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面，結(jié)合附圖W及【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明做進(jìn)一步描述：
[0039] 參照圖1，本實(shí)施例所述的一種云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法，包括如下步驟：
[0040] 步驟1，采用壓縮感知技術(shù)（或者CS技術(shù)中，英文全稱Compressed Sensing)，在得 到初始密鑰之后，利用及N級移位寄存器及反饋函數(shù)計(jì)算公式產(chǎn)生密鑰。所述N大于等于1。 所述移位寄存器儲采用存儲雙精度十進(jìn)制數(shù)的方式存儲數(shù)據(jù)。
[0041] 結(jié)合參照圖2,步驟1還可W包括如下步驟：
[0042] 步驟11，采用壓縮感知技術(shù)并通過高斯隨機(jī)函數(shù)得到生成N個(gè)初始密鑰;該步驟11 中可W通過高斯函數(shù)的初始狀態(tài)值~N(〇，l)產(chǎn)生初始密鑰。
[0043] 步驟12,將每個(gè)初始密鑰分別存儲于相應(yīng)的移位寄存器中；
[0044] 步驟13,根據(jù)初始密鑰通過反饋函數(shù)計(jì)算得到移位寄存器當(dāng)前存儲的密鑰。該步 驟13中所述反饋函數(shù)產(chǎn)生的序列應(yīng)具有類似高斯隨機(jī)矩陣或者隨機(jī)對稱符號矩陣的隨機(jī) 性;該反饋函數(shù)產(chǎn)生的數(shù)值不能收斂于某個(gè)數(shù)值或者數(shù)值絕對值大小不斷擴(kuò)散;若該反饋 函數(shù)所產(chǎn)生的序列呈現(xiàn)周期性，則周期大于或等于所加密的數(shù)據(jù)長度。在反饋函數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)， 本發(fā)明的寄存器單元的存儲方式采用雙精度十進(jìn)制數(shù)來存儲數(shù)據(jù)，若干初始值（即初始密 鑰)可利用高斯隨機(jī)方法生成。
[0045] 在CS技術(shù)下，設(shè)信號X er，X = Da，其中D eRnXp是k稀疏度的稀疏字典，a eRP是稀 疏系數(shù)，月.I I Q I I n = k。那么，V = ADa是一個(gè)稀疏失量的集合，且有：
[0046]
Q)
[0047] 運(yùn)里，A是m X n的測量編碼矩陣，測量維i
畏據(jù)公式（1)式可 通過凸優(yōu)化方法解決：
[0048]
(2)
[0049] 即公式(2)式說明，CS信號重構(gòu)可通過最小解碼器h實(shí)現(xiàn)。
[0050] 對于公式（1)-(2)，從信息論的角度，在信號滿足稀疏性的條件下，CS能夠利用稀 疏信號的少量線性測量值可精確恢復(fù)原始信號。由于線性測量中隨機(jī)結(jié)構(gòu)測量矩陣的應(yīng) 用，使得CS的測量過程成為一種自然的信息加密方式。
[0051] 對于y=Ax，當(dāng)X是信號的明文時(shí)，那么，測量矢量y就是信號的一個(gè)密文，加密算法 由編碼矩陣A操作的線性變換可W實(shí)現(xiàn)。
[0052] 在CS技術(shù)中，若信號具有稀疏先驗(yàn)，那么只需要少量的信號觀測值就可W對信號 進(jìn)行高概率重構(gòu)。該理論能在采樣的同時(shí)就對信號進(jìn)行壓縮編碼，其基本原理是利用了隨 機(jī)觀測進(jìn)行非自適應(yīng)線性測量，將高維信號投影到低維空間上，然后求解一個(gè)凸優(yōu)化問題。 CS另一個(gè)顯著的特色就是，在信號采樣期間，其觀測矩陣能夠利用密鑰S產(chǎn)生，而加密處理 隱含在感知數(shù)據(jù)過程，不需要額外的計(jì)算。
[0053] 步驟2,對產(chǎn)生的密鑰建立索引序列，并根據(jù)該索引序列得到編碼矩陣。所述移位 寄存器儲存儲的數(shù)據(jù)取值為[-1，1 ]。
[0054] 所述步驟2還可W包括如下步驟：
[0055] 步驟21，采用稀疏字典的索引序列對移位寄存器產(chǎn)生索引序列；
[0056] 步驟22;通過索引序列生成N階哈達(dá)瑪矩陣，并選取哈達(dá)瑪矩陣的行向量構(gòu)成所述 編碼矩陣。通過排序后的序列生成N階哈達(dá)瑪化adamard)矩陣，選取其中的行向量構(gòu)成編碼 矩陣，解決CS編碼矩陣的安全性測量問題。
[0057] 在本發(fā)明的CS加密體制中，數(shù)據(jù)擁有者通過使用稀疏基字典D獲得明文X，并通過 編碼矩陣A傳輸密文y到云計(jì)算平臺。只有合法云用戶（即數(shù)據(jù)接收者)知道A或密鑰，才能就 可W從y中恢復(fù)X。運(yùn)里，A的加密密鑰由偽隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器PRNG(Pseudo-Random Number Generator)產(chǎn)生，即PRNG產(chǎn)生了編碼矩陣A的初始化種子序列。
[0058] 移位寄存器可W利用若干初始序列生成長的隨機(jī)序列，通常一個(gè)包含N個(gè)存儲單 元的N級移位寄存器就存在2"個(gè)可能的狀態(tài)，每一種可能的狀態(tài)對應(yīng)于向量V= [vo，vi，V2， 八，VN-1]，A為隨機(jī)狀態(tài)數(shù)的索引。
[0059] 若移位寄存器當(dāng)前狀態(tài)已知，在下一個(gè)狀態(tài)到來時(shí)，前一個(gè)狀態(tài)的Vi賦值給新狀 態(tài)的y/ i-i，而新狀態(tài)的V^N-I由反饋函數(shù)f決定。通常，f的輸入項(xiàng)是前一個(gè)寄存器狀態(tài)向量V， 即
[0060] V'i-i = f (vo，vi，V2, A，vi-i) (3)
[0061] f的函數(shù)表達(dá)式可根據(jù)具體問題進(jìn)行定義。
[0062] 對于密鑰矩陣生成的移位寄存器，本發(fā)明對于U個(gè)用戶，采用W級移位寄存器，W個(gè) 初始序列數(shù)值(即初始密鑰Key)采用高斯隨機(jī)(均值為0,方差為1)方法生成。要得到寄存器 的反饋函數(shù)f，先定義中間變量f/
[0063]
(4)
[0064] 冉用中間變量f'定義反饋幽數(shù)f，反饋幽數(shù)f的表達(dá)巧為
[00 化]
[0066] 上式的目的是為了保證序列的數(shù)值保持在[-1，1 ]內(nèi)。
[0067] 為了提高物理可實(shí)現(xiàn)性，采用部分哈達(dá)瑪化adamard)矩陣構(gòu)造編碼矩陣A，編碼矩 陣構(gòu)造方法如下：
[0068] (a)為了保證生成序列的隨機(jī)性，設(shè)初始狀態(tài)值為~N(〇，l)，通過(4)-(5)產(chǎn)生 長度為2N的隨機(jī)序列f，舍前面N個(gè)值，得到索引序列A =[si，S2,. . .，SN];
[0069] (b)利用稀疏字典的索引序列（即稀疏字典的支撐集）A =[si，S2, . . .，SN]對自然 序列X=[X1，X2, . . .，XN]進(jìn)行排序，得到排序后的序列Xp=[pi，P2, . . .，Pm];
[0070] (C)通過Xp生成N階Hadamard矩陣，選取其中的行向量A(pi，：）； A(P2，：），. . .，A (Pm,:)構(gòu)成編碼矩陣A，即有
[0071]
(6)
[007^ 其中，A(pi，：）表示A的第Pi行的行向量。
[0073] 步驟3,當(dāng)云計(jì)算平臺在噪聲和攻擊條件下，根據(jù)N級移位寄存器、編碼矩陣及密鑰 實(shí)現(xiàn)云計(jì)算數(shù)據(jù)訪問控制過程。在該步驟3中，所述云計(jì)算數(shù)據(jù)訪問控制過程采用兩級加密 或者多級(兩級及W上)加密的方式實(shí)行加密/解密控制。
[0074] 當(dāng)所述云計(jì)算數(shù)據(jù)訪問控制過程采用兩級加密方式時(shí)，所述攻擊和噪聲干擾由 開-關(guān)符號的隨機(jī)跳變控制。
[0075] 安全期間，設(shè)CS的編碼矩陣A在隨機(jī)模式下，存在攻擊和噪聲的影響。本發(fā)明中，攻 擊和噪聲干擾由開-關(guān)符號的隨機(jī)跳變控制，編碼矩陣A的初始矩陣為aW = [aW(pi，：），a W(p2, ：），. . .，AW(pm，：）； ]T，其隨機(jī)數(shù)據(jù)集合為cW，c<mXn。則，的形式為
[0076]
(7)
[0077] 因此，CS的編碼矩陣A的兩級加密應(yīng)用模型為
[007引 A(i)=A(W+AA (8)
[0079] 其中，A A是攻擊及噪聲干擾矩陣，A A的形式為
[0080] (9)
[0081] 0元素的比率。在運(yùn)種情況下，CS兩級加密得 到的密文形式為
[0082] y=A("Xx=A(〇)Xx+AAXx=A(〇)Xx+e (10)
[0083] 其中E= A AXx稱為干擾因子。
[0084] 所述云計(jì)算數(shù)據(jù)訪問控制過程采用多級加密方式時(shí)所述攻擊和噪聲干擾的隨機(jī) 跳變應(yīng)用于多個(gè)互不相交的子集空間集合中。
[0085] 擴(kuò)展公式(7)-(10)式到任意W個(gè)云計(jì)算用戶，本發(fā)明把攻擊和噪聲干擾的隨機(jī)跳 變控制應(yīng)用于U個(gè)巧不相巧的子巧間集合中，其中U = O, 1，2,...，w-2,即有：
[0086]
(11)
[0087]因此，針對云平臺中不同用戶的不同接收和使用權(quán)限，授權(quán)(告知)編碼矩陣Afw-U 的用戶可通過密文y完整恢復(fù)明文X，我們定義為高級用戶;授權(quán)(告知)編碼矩陣A(u+i)(u二 0，1，2，...，*-3)的用戶可通過密文7部分恢復(fù)明文^，我們定義為中級用戶；僅授權(quán)編碼矩 陣AW的用戶，只能通過密文y知道明文y的存在但無法恢復(fù)，我們定義為低級用戶。
[0088] CS運(yùn)種加密方法，可根據(jù)不同的數(shù)據(jù)恢復(fù)要求，在解碼端為不同用戶提供多級訪 問數(shù)據(jù)模式。根據(jù)W上定義，W級CS處理的加密密鑰由（4)式的W個(gè)種子產(chǎn)生，因而，本發(fā)明的 密鑰形式為：
[0089] 1)低級用戶密智
[0090] 2)-級用戶密智
[0091] ……
[0092] (W-I)級用戶密
[0093] W下通過一組控制方法的過程對本發(fā)明的控制原理進(jìn)行說明：
[0094] 硬件平臺包括DSP信號節(jié)點(diǎn)，1個(gè)Master transcoding節(jié)點(diǎn)和3個(gè)Slave節(jié)點(diǎn)。DSP信 號節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與壓縮感知編碼處理（即CS編碼器），Master transcoding節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)數(shù) 據(jù)存儲和數(shù)據(jù)分類處理，Slave節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)分布式的計(jì)算任務(wù)（即CS解碼客戶端），其配置均 為：
[00巧]1)DSP:TMS320C6000 250MHz，2MB SDRAM;
[0096] 2)CPU:Intel Xeon E3-1225v3,3.2GHz/8MB Cache;
[0097] 3)Memory:16GB(2x8GB)1333MHz Dual Ra址ed 畑IM;
[0098] 4)Disk:1TB 3.5-inch，7.2K RPM，SATA II Hard Drive;
[0099] 5)軟件平臺為：Centos Linux Server 6.6，CCS2.2-CS_Cloud，Java 1.7.0.
[0100] 基于圖3的CS加密/解密實(shí)現(xiàn)原理，建立了圖4的云計(jì)算數(shù)據(jù)加密/解密處理的CS實(shí) 驗(yàn)平臺。
[0101] 1)稀疏字典D:基于10幅圖像，由K-SVD算法通過10240隨機(jī)選擇訓(xùn)練樣本產(chǎn)生。
[0102] 2)密鑰生成的編碼矩陣A:采用16級移位寄存器，16個(gè)初始序列數(shù)值
[0103] (即初始密鑰)采用高斯隨機(jī)(均值為0、方差為1)方法生成。16級移位寄存器的初 始密鑰（即初始序列數(shù)值）分別取-1.4511、-0.2679、0.1077、-1.1379、0.3292、0.9359、 1.4067、1.1024、1.5263、0.2431、0.3988、-0.6702、1.2195、1.0611、-1.9515和-2.0431，反 饋函數(shù)采用式(5)進(jìn)行。
[0104] A 測量率 A=m/n 分別定義為:0.15,0.3,0.5。
[0105] 3)信號恢復(fù)算法:分段正交收斂性追蹤(StOCP)算法。
[0106] 4)測試圖像：客觀256 X 256的灰度圖像"Lena";主觀640 X 480，328 X 364，300 X 480的灰度生物"指紋"圖像。
[0109] 其中數(shù)據(jù)為是叫的恢復(fù)估值。[0110] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果[0111] (1)無噪聲和攻擊的圖像信號處理
[0107] r、m h辿'壯^擊? 化m /任^本/A ,1,么值信噪比PSNR(地)。
[0108]
[0112] 根據(jù)圖4的實(shí)驗(yàn)平臺，分別在不同的采樣率設(shè)置下輸入二維圖像信號，進(jìn)行DSP-CS 采樣和CCS數(shù)據(jù)加密處理，并把加密后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆朴?jì)算平臺進(jìn)行存儲和分配。最后，根 據(jù)不同用戶的數(shù)據(jù)需求，授權(quán)不同密鑰進(jìn)行解碼和恢復(fù)。
[0113] 從圖5可W看出，信號感知的測量率越大，解密恢復(fù)出的圖像質(zhì)量越好，即使測量 率入= 0.15的時(shí)候，在主觀視覺和客觀(PSNR = 28.83地)程度上來說解密的圖像質(zhì)量仍然可 接受。運(yùn)表明CC巧日密性能良好，且數(shù)據(jù)量隨不同的加密與解密的要求可變，因此，可W滿足 云環(huán)境下需要考慮傳輸速度的應(yīng)用場景。
[0114] (2)高斯噪聲條件下的圖像信號處理
[0115] 實(shí)驗(yàn)中，對圖5(b)的密文（即CCS加密編碼后的圖像)加入均值為0,方差為Onoise高 斯白噪聲，噪聲相對強(qiáng)度關(guān)
No i Serel取值范圍：1 (T5~1 (Tl (由系統(tǒng)跳變開關(guān) 公式(9)控制）。再利用含噪聲的密文依據(jù)解密方法進(jìn)行圖像重建，輸出重建結(jié)果。重建的輸 出結(jié)果如圖6所示。
[0116] 結(jié)合圖6可見，隨著噪聲強(qiáng)度的加大，解密圖像的失真程度也越來越大。但Noiserei 增大到一定強(qiáng)度時(shí)，其解密圖像仍然保留了原圖像的大部分信息，說明CS加密算法可W抵 抗一定程度的噪聲攻擊。
[0117] (3)攻擊條件下的圖像信號處理
[0118] 由于對輸入的原圖像進(jìn)行測量加密時(shí)，其過程等效于將原圖像視為一組列向量的 組合，而測量矩陣分別對運(yùn)些列向量測量并進(jìn)行維度壓縮，因此，圖像恢復(fù)時(shí)，也是對運(yùn)些 列向量分別進(jìn)行重構(gòu)。如果直接將測量值作為加密結(jié)果輸出，由于線性測量的原因，在篡改 攻擊時(shí)，不同方向上的數(shù)據(jù)丟失會造成解密圖像的失真程度嚴(yán)重不同。為了在攻擊條件下， 對合法云用戶實(shí)現(xiàn)解密圖像的高概率恢復(fù)，本發(fā)明通過數(shù)據(jù)擁有者對測量矩陣的密鑰函數(shù) 控制，結(jié)合稀疏字典D達(dá)到抵抗惡意攻擊的影響。
[0119] 從圖7(al)-(a4)通過密鑰對測量值進(jìn)行置亂后，無論是在水平方向還是在垂直方 向上進(jìn)行剪切，解密圖像都會辨認(rèn)原始圖像。（bl)-(b4)也表明，即使加密圖像丟失了25% 的數(shù)據(jù)，從其加密圖像仍然可W恢復(fù)原圖像的大部分信息。即該加密算法可W抵抗一定程 度的惡意篡改數(shù)據(jù)的剪切攻擊。
[0120] (4)密鑰攻擊條件下的圖像信號處理
[0121] 針對云計(jì)算環(huán)境下，密鑰被攻擊的情況，實(shí)驗(yàn)假設(shè)攻擊者可能知道部分密鑰的情 況，我們通過改變一位初始密碼進(jìn)行效果驗(yàn)證。將16個(gè)初始密鑰中的第5個(gè)密鑰0.3292進(jìn)行 重新置數(shù)，其它初始密鑰不變，5個(gè)密鑰0.3292分別被隨機(jī)置數(shù)(高斯隨機(jī)生成)和置一個(gè)相 近的數(shù)值(0.329)，依然采用公式(9)生成，再利用密鑰及其測量矩陣進(jìn)行圖像重建，重建結(jié) 果如圖8所示。
[0122] 由圖8的重建結(jié)果可知，即使攻擊者獲取了 16個(gè)初始密鑰中的15個(gè)，甚至了解另一 個(gè)密鑰的大體數(shù)值，仍無法解密恢復(fù)出原始圖像。因此，對于密鑰攻擊者了解部分密碼的情 況，該算法能夠有效保證圖像的安全性。
[0123] (5)攻擊條件下的生物指紋圖像信號處理
[0124] 為了保護(hù)用戶的隱私數(shù)據(jù)，隱私數(shù)據(jù)在云端應(yīng)該W密文形式存放，但是常用的加 密方式又帶來了運(yùn)算上的開銷，因此要W盡可能小的計(jì)算開銷帶來可靠的數(shù)據(jù)安全性。目 前的云計(jì)算環(huán)境下，完全同態(tài)的加密還不能高效的實(shí)現(xiàn)。因此，基于用戶生物特征(例如指 紋)的加密與身份認(rèn)證方式成為云計(jì)算數(shù)據(jù)加密的最新應(yīng)用技術(shù)。
[0125] 本發(fā)明實(shí)驗(yàn)用生物指紋進(jìn)行CS采集壓縮，并通過密鑰控制測量加密的數(shù)據(jù)格式， 能夠在多個(gè)云之間實(shí)現(xiàn)層次化的身份管理，且能夠從多重特征上對云用戶進(jìn)行認(rèn)證，因此 能夠提供高的安全性。
[0126] 指紋圖像的原始信號來源于FVC2004指紋數(shù)據(jù)庫，其主要參數(shù)如表1。
[0127] FVC2004指紋數(shù)據(jù)庫 DB(datebase) 「ni)Rl L…?！?韋'Cl
[0130] 參照圖9，說明了DBl，DB2，DB3指紋圖像在A = 0.5時(shí)，CCS加密數(shù)據(jù)的巧聯(lián)值及其無 噪聲和攻擊時(shí)解密恢復(fù)的指紋圖像。由圖9可見，在運(yùn)種云計(jì)算環(huán)境下，本發(fā)明的CCS加密-解密具有優(yōu)異的數(shù)據(jù)恢復(fù)功能。
[0131] 為了在"高斯噪聲+攻擊"同時(shí)存在的云環(huán)境下測試本發(fā)明方法的安全性，我們分 別用DBl、DB2、DB3指紋進(jìn)行條件實(shí)驗(yàn)。高斯噪聲強(qiáng)度:Noiserei = 0.028，剪切CS加密數(shù)據(jù)： 25%，〔5測量率:人=〇.5。
[0132] 由圖10-12可見，本發(fā)明提出的CCS加密-解密技術(shù)在"高斯噪聲+攻擊"同時(shí)存在的 云計(jì)算環(huán)境下具有更好的數(shù)據(jù)恢復(fù)能力和抗攻擊能力，說明了本發(fā)明具有較高的數(shù)據(jù)安全 性。
[0133] 對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)W上描述的技術(shù)方案W及構(gòu)思，做出其它各種 相應(yīng)的改變W及形變，而所有的運(yùn)些改變W及形變都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍 之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法，其特征在于，包括如下步驟： 采用壓縮感知技術(shù)，在得到初始密鑰之后，利用及N級移位寄存器及反饋函數(shù)計(jì)算公式 產(chǎn)生密鑰； 對產(chǎn)生的密鑰建立索引序列，并根據(jù)該索引序列得到編碼矩陣； 當(dāng)云計(jì)算平臺在噪聲和攻擊條件下，根據(jù)N級移位寄存器、編碼矩陣及密鑰實(shí)現(xiàn)云計(jì)算 數(shù)據(jù)訪問控制過程； 所述N大于等于1。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法，其特征在于，所述移位寄存 器儲采用存儲雙精度十進(jìn)制數(shù)的方式存儲數(shù)據(jù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法，其特征在于，所述移位寄存 器儲存儲的數(shù)據(jù)取值為[-1，1 ]。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法，其特征在于，所述 采用壓縮感知技術(shù)在得到初始密鑰之后，利用及N級移位寄存器及反饋函數(shù)計(jì)算公式產(chǎn)生 密鑰的過程包括： 采用壓縮感知技術(shù)并通過高斯隨機(jī)函數(shù)生成N個(gè)初始密鑰； 將每個(gè)初始密鑰分別存儲于相應(yīng)的移位寄存器中； 根據(jù)初始密鑰通過反饋函數(shù)計(jì)算得到移位寄存器當(dāng)前存儲的密鑰。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法，其特征在于，通過高斯函數(shù) 的初始狀態(tài)值c(())~N(0，1)產(chǎn)生初始密鑰。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法，其特征在于，所述反饋函數(shù) 產(chǎn)生的序列具有類似高斯隨機(jī)矩陣或者隨機(jī)對稱符號矩陣的隨機(jī)性;該反饋函數(shù)產(chǎn)生的數(shù) 值不能收斂于某個(gè)數(shù)值或者數(shù)值絕對值大小不斷擴(kuò)散;若該反饋函數(shù)所產(chǎn)生的序列呈現(xiàn)周 期性，所述周期大于或等于所加密的數(shù)據(jù)長度。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法，其特征在于，所述 對產(chǎn)生的密鑰建立索引序列，并根據(jù)該索引序列得到編碼矩陣的過程包括： 米用稀疏字典的索引序列對移位寄存器廣生索引序列； 通過索引序列生成N階哈達(dá)瑪矩陣，并選取哈達(dá)瑪矩陣的行向量構(gòu)成所述編碼矩陣。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法，其特征在于，所述 云計(jì)算數(shù)據(jù)訪問控制過程采用兩級加密或者多級加密的方式實(shí)行加密/解密控制。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法，其特征在于，所述攻擊和噪 聲干擾由開-關(guān)符號的隨機(jī)跳變控制。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的云計(jì)算CCS細(xì)粒度數(shù)據(jù)控制方法，其特征在于，所述攻擊和噪 聲干擾的隨機(jī)跳變應(yīng)用于多個(gè)互不相交的子集空間集合中。
【文檔編號】H04L29/06GK105827632SQ201610294486
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】趙慧民, 戴青云, 魏文國, 蔡君, 雷方元, 羅建楨
【申請人】廣東技術(shù)師范學(xué)院