[发明专利]一种可实现密钥共享和差错控制的压缩感知加密方法

说明书

一种可实现密钥共享和差错控制的压缩感知加密方法，其实现步骤为：1.云服务器注册向半诚实注册中心RC注册；2.用户向半诚实注册中心RC注册；3.预处理待加密数据；4.利用压缩感知方法对待加密数据进行加密；5.密文差错控制处理；6.对用户间匿名身份认证；7会话密钥分发；8.会话密钥分发；9.云服务器认证订阅用户；10.差错控制恢复密文数据；11.对密文进行解密；12.撤销用户和云服务器；13.恢复撤消用户和云服务器；14.增加新用户和云服务器。本发明保证信号数据能量的不可区分性和用户间密钥的安全共享，解决了丢失密文数据包超过一半时无法正确解密的问题。

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，更进一步涉及密码技术领域中的一种可实现密钥共享和差错控制的压缩感知加密方法。本发明以压缩感知为基础，提出了一种可用于多个云服务器中用户间密钥的安全共享，可差错控制的安全加密方法。

背景技术

压缩感知(CS)加密方法主要用于提高数据的安全性，同时降低存储、处理和传输成本。利用压缩感知不但可以节省大量采样时间和空间资源，而且也可以用来加密传输数据，因此可以保证数据的安全性。现有的压缩感知加密方法经常联合多种加密算法来提高系统的安全性。一些将压缩感知同流密码、索引置乱、混沌映射算法等技术相结合来实现加密算法的安全性。解密时利用相同的流密码秘钥，索引矩阵，映射算法恢复出原始数据。这些方法在一定程度上可以提高压缩感知加密算法的安全性能，但是这些方法都是基于单个云服务器条件下的加密算法设计，不能实现多云服务器中数据的加密与传输。而且也无法实现多云服务器环境下用户间秘钥的安全共享。

Z Yushu和Z Jiantao在其发表的论文“Computation Outsourcing Meets LossyChannel:Secure Sparse Robustness Decoding Service in Multi-Clouds”(IEEETransactions on Big Data，2017)中提出了一种基于多个云服务器外包存储的压缩感知加密方法。该方法的主要步骤是：(1)系统初始化时，用户首先将稀疏的二维信号转化为稀疏的一维信号，并获取对应的稀疏集。(2)加密时，用户先选取一个安全参数，利用密钥生成算法生成一个置换向量和加密向量，然后利用置换向量交换对应的稀疏集，最后利用加密向量分组加密稀疏置换之后的元素，将稀疏集合加密数据上传到多云服务器。(3)解密时，多云服务器接收到用户的解密需求后，将所需密文发送给用户，此时只有拥有解密向量的用户才可以正确解密密文，没有解密向量的非法者无法得到真正明文，同时保证了在丢失一半数据包的情况下仍具有较好的恢复性能。但是，该方法仍然存在的不足之处是：该方法属于丢失数据包不超过全部数据一半的解决方案，一旦丢失密文数据包超过全部数据一半就无法保证恢复效果，因此导致超出一半数据丢失时无法正确解密，并且没有实现用户间密钥的安全共享，无法防止多云服务器将用户上传密钥泄露出去的问题，同时没有考虑能量泄露的问题，信号数据容易遭到能量攻击，无法保证信号数据能量的不可区分性，在实际应用中会造成严重的安全问题。

西安电子科技大学在其申请的专利文献“基于压缩感知和索引置乱的图像加密方法”(申请号2001510705403.0，申请公布号CN 105306779 A)中提出了一种基于压缩感知和索引置乱的图像加密方法。该方法的主要步骤是：(1)对原始图像在正交基下展开，得到稀疏系数。(2)用Logistic序列控制构造测量矩阵。(3)用测量矩阵对稀疏系数进行测量，得到测量值。(4)用Logistic序列对测量值进行置乱，得到置乱后的测量值。(5)将置乱后的测量值进行量化作为密文传输。该方法存在的不足之处是：该方法构建过程只考虑了秘钥的生成，没有考虑到用户间密钥的安全分发问题，并且没有考虑到密文传输过程中数据包丢失的问题，因此导致密文无法正确解密，它并不能使用于多个云服务器中的数据和图像的安全加密。

发明内容