4、外包数据库中基本查询支持的安全方案与认证数据结构

外包数据库中基本查询支持的安全方案与认证数据结构

1. 前缀保留ESAE方案

1.1 前缀匹配查询

在处理外包数据库时，为了高效处理前缀匹配查询（即定位属性值以给定前缀开头的记录，例如所有以区号310开头的电话号码），我们对ESAE框架进行了扩展。这里的加密方案基于“在线密码”的研究，它是一种确定性的保长加密方案，输入由固定长度的块（即前缀的“字符”）组成，输出的第i个块仅依赖于输入的前i个块。这意味着如果两个明文的前k个字符相同，那么它们的密文也相同。

为了实现高效的前缀搜索，我们让函数F和G分别返回l字符前缀的加密结果和密文的前l个字符。由于加密是确定性的，所以完整性为1，健全性为0。

在构建过程中，前缀的字符长度与底层块密码的输入长度一致（例如，使用DES变体时为64位或4个UTF - 16字符）。虽然Xu等人提出的按位前缀保留方案在查询前缀粒度上更灵活，但会向服务器透露更多信息，且对于文本文件等输入可能效率较低。此外，我们的方案还能实现密文完整性，而前者难以实现这一特性。

1.2 安全性

在线密码的更强安全定义要求其与一个“理想”对象不可区分，这个“理想”对象是从所有可能的“在线”排列家族中随机抽取的函数，即使攻击者可以访问相应的“反转器”解密预言机。例如，逐字符加密是完全不安全的，“HAT”和“BAT”的加密结果在这种情况下应看起来完全不相关。

我们还定义了密文完整性的额外属性，因此加密算法应在末尾包含一些冗余信息，以便密文可验证。具体来说，我们使用一个理想对象，它在加密消息时会附加一个随机块，并且在理想实验中，解密预言机总是返回⊥，以确保攻击者无法创建新的有效密文。

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