54 research outputs found

    A Practical Framework for Storing and Searching Encrypted Data on Cloud Storage

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    Security has become a significant concern with the increased popularity of cloud storage services. It comes with the vulnerability of being accessed by third parties. Security is one of the major hurdles in the cloud server for the user when the user data that reside in local storage is outsourced to the cloud. It has given rise to security concerns involved in data confidentiality even after the deletion of data from cloud storage. Though, it raises a serious problem when the encrypted data needs to be shared with more people than the data owner initially designated. However, searching on encrypted data is a fundamental issue in cloud storage. The method of searching over encrypted data represents a significant challenge in the cloud. Searchable encryption allows a cloud server to conduct a search over encrypted data on behalf of the data users without learning the underlying plaintexts. While many academic SE schemes show provable security, they usually expose some query information, making them less practical, weak in usability, and challenging to deploy. Also, sharing encrypted data with other authorized users must provide each document's secret key. However, this way has many limitations due to the difficulty of key management and distribution. We have designed the system using the existing cryptographic approaches, ensuring the search on encrypted data over the cloud. The primary focus of our proposed model is to ensure user privacy and security through a less computationally intensive, user-friendly system with a trusted third party entity. To demonstrate our proposed model, we have implemented a web application called CryptoSearch as an overlay system on top of a well-known cloud storage domain. It exhibits secure search on encrypted data with no compromise to the user-friendliness and the scheme's functional performance in real-world applications.Comment: 146 Pages, Master's Thesis, 6 Chapters, 96 Figures, 11 Table

    Multi-authority attribute-based keyword search over encrypted cloud data

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    National Research Foundation (NRF) Singapore; AXA Research Fun

    Privacy Preserving Enforcement of Sensitive Policies in Outsourced and Distributed Environments

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    The enforcement of sensitive policies in untrusted environments is still an open challenge for policy-based systems. On the one hand, taking any appropriate security decision requires access to these policies. On the other hand, if such access is allowed in an untrusted environment then confidential information might be leaked by the policies. The key challenge is how to enforce sensitive policies and protect content in untrusted environments. In the context of untrusted environments, we mainly distinguish between outsourced and distributed environments. The most attractive paradigms concerning outsourced and distributed environments are cloud computing and opportunistic networks, respectively. In this dissertation, we present the design, technical and implementation details of our proposed policy-based access control mechanisms for untrusted environments. First of all, we provide full confidentiality of access policies in outsourced environments, where service providers do not learn private information about policies. We support expressive policies and take into account contextual information. The system entities do not share any encryption keys. For complex user management, we offer the full-fledged Role-Based Access Control (RBAC) policies. In opportunistic networks, we protect content by specifying expressive policies. In our proposed approach, brokers match subscriptions against policies associated with content without compromising privacy of subscribers. As a result, unauthorised brokers neither gain access to content nor learn policies and authorised nodes gain access only if they satisfy policies specified by publishers. Our proposed system provides scalable key management in which loosely-coupled publishers and subscribers communicate without any prior contact. Finally, we have developed a prototype of the system that runs on real smartphones and analysed its performance.Comment: Ph.D. Dissertation. http://eprints-phd.biblio.unitn.it/1124

    Verifiable Public Key Encryption Scheme with Equality Test in 5G Networks

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    The emergence of 5G networks will allow cloud computing providers to offer more convenient services. However, security and privacy issues of cloud services in 5G networks represent huge challenges. Recently, to improve security and privacy, a novel primitive was proposed by Ma et al. in TIFS 2015, called public key encryption with equality test supporting flexible authorization (PKEET-FA). However, the PKEET scheme lacks verification for equality test results to check whether the cloud performed honestly. In this paper, we expand the study of PKEET-FA and propose a verifiable PKEET (V-PKEET) scheme, which, to the best of our knowledge, is the first work that achieves verification in PKEET. Moreover, V-PKEET has been designed for three types of authorization to dynamically protect the privacy of data owners. Therefore, it further strengthens security and privacy in 5G networks

    Public Key Encryption Supporting Equality Test and Flexible Authorization without Bilinear Pairings

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    In recent years, public key encryption with equality test (PKEET) has become a hot research topic in the cryptography community due to the advancement of cloud computing. Recently, Ma et al. proposed a new related primitive, called public key encryption with equality test supporting flexible authorization (PKEET-FA), and constructed a concrete scheme. In their proposal, four types of authorization were presented to support different authorization policies. However, their proposal is based on bilinear pairings which are time costing operations compared with modular exponentiations. In this paper, we present a new PKEET-FA scheme without bilinear pairings. Compared with the existing work, our proposal is more efficient

    Preserving Secrecy in Online Social Networks: Data Outsourcing, Access Control, and Secrecy Schemes

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    In den vergangenen Jahren haben sich Online Social Networks (OSNs) wie Facebook und Foursquare zu einer beliebten Möglichkeit der Kommunikation und des Teilens von Informationen unter Nutzern entwickelt. OSNs sind virtuelle Communitys, die Informationen über die Nutzer und die zwischen ihnen bestehenden Beziehungen, wie z.~B. Freundschaften, enthalten. Zusätzlich dazu, dass eine Interaktion der Nutzer untereinander ermöglicht wird, bieten OSNs ihren Nutzern normalerweise verschiedene Arten von Dienstleistungen an, wie z.~B. die Abfrage nach Freunden innerhalb einer bestimmten Entfernung. Um auf diese Dienstleistungen zugreifen zu können, kann es sein, dass Nutzer darum gebeten werden, in den OSN-Systemen eine Reihe von Informationen, wie z.~B. ihre physische Position, zu speichern. Da die meisten der in OSNs gespeicherten Informationen zu deren Nutzern privater Natur sind, ist es von wesentlicher Bedeutung, die Informationen vor unbefugtem Zugriff zu schützen, um Geheimhaltungsprobleme zu vermeiden. Zu diesem Zweck verwenden OSNs Zugriffskontrollsysteme. Diese Systeme haben drei Hauptkomponenten, nämlich die Zugriffskontrollrichtlinien, das Zugriffskontrollmodell und den Autorisierungsmechanismus. Die Zugriffskontrollrichtlinien ermöglichen es Nutzern zu spezifizieren, wer auf deren Ressourcen zugreifen darf. Das Zugriffskontrollmodell bietet die Syntax und Semantik, um die Zugriffskontrollrichtlinien zu formalisieren. Die formale Repräsentation der Zugriffskontrollrichtlinien in einem Zugriffskontrollmodell wird als Autorisierung bezeichnet. Der Autorisierungsmechanismus, welcher von den OSN-Anbietern verwaltet wird, setzt die Autorisierungen durch. Obwohl in der Literatur verschiedene Zugriffskontrollsysteme vorgeschlagen wurden, gibt es zwei Hauptprobleme in Bezug auf diese Systeme, die sich auf die Verbreitung von OSNs auswirken können. Das erste Problem bezieht sich auf die Flexibilität von Zugriffskontrollmodellen. Eine der größten Herausforderungen von OSNs besteht darin, das Teilen von Informationen unter ihren Nutzern zu fördern. Nutzer neigen normalerweise dazu, Informationen nur mit Nutzern zu teilen, die bestimmte Bedingungen erfüllen; andernfalls tun sie es nicht. Zu diesem Zweck sollten Zugriffskontrollsysteme den Spezifizierern der Richtlinien Flexibilität bieten, damit diese die Bedingungen bezüglich des Zugriffs auf ihre Daten ausdrücken können. Wenn Nutzer entscheiden, wer auf ihre Ressourcen zugreifen darf, hängen die Zugriffsbedingungen von sozialen Faktoren und menschlichem Verhalten ab. Studien in Fachgebieten wie der Psychologie und der Soziologie haben nachgewiesen, dass Menschen zwar ein Selbstinteresse haben, oftmals jedoch gegenseitig von dieser Haltung abweichen. Gegenseitigkeit bedeutet, dass Menschen als Antwort auf freundliche Handlungen kooperativer werden. Daher ist Gegenseitigkeit eine starke Determinante in Bezug auf menschliches Verhalten. Bestehende Zugriffsrichtlinien erfassen dieses Phänomen der Gegenseitigkeit jedoch nicht, was dazu führen kann, dass Nutzer davon abgehalten werden, Informationen zu teilen. Das zweite Problem besteht darin, dass Nutzer OSN-Anbietern dahingehend vertrauen müssen, dass sie ihre Daten schützen, wenn sie die Autorisierungen durchsetzen. Aktuelle Datenschutzverletzungen haben die Vertrauenswürdigkeit der Dienstleistungsanbieter in Frage gestellt. Scheinbar steigert der zunehmende wirtschaftliche Gewinn, der aus dem Verkauf personenbezogener Daten erzielt wird, die Versuchung der Anbieter, Betrug zu begehen. In dieser Dissertation werden Techniken und Modelle entwickelt, um auf diese zwei Probleme einzugehen. Die Arbeit ist in drei Abschnitte aufgeteilt. Der erster Beitrag behandelt das Flexibilitätsproblem von Zugriffskontrollmodellen. Hier schlagen wir die Syntax und Semantik einer neuen Art von Autorisierung vor, die als gegenseitig bezeichnet wird und es ermöglicht, wechselseitiges Verhalten zu modellieren. Gegenseitigkeit kommt im Rahmen der Zugriffskontrolle zum Zuge, wenn Personen jenen Nutzern den Zugriff auf ihre Ressourcen gewähren, die ihnen erlauben, das Gleiche zu tun. Wir verwenden standortbasierte Dienstleistungen als Beispiel für den Einsatz gegenseitiger Autorisierungen. Zu diesem Zweck schlagen wir zwei Ansätze vor, um gegenseitige Autorisierungen in diese Dienstleistungen zu integrieren. Darüber hinaus weisen wir die Stimmigkeit beider Ansätze nach und bestimmen auf dem Wege von Komplexitätsanalysen, unter welchen Bedingungen jeder Ansatz jeweils leistungsfähiger ist als der andere. Unsere zweiten und dritten Beiträge gehen aus zwei verschiedenen Blickwinkeln auf das Misstrauen von Nutzern bezüglich der Dienstleistungsanbieter ein. Unser zweiter Beitrag erörtert das Szenario, in welchem der Nutzer, d. h. die Einheit, welche Abfragen von Daten durchführen möchte, auch Eigentümer der Daten ist. Aufgrund von Ressourcenbeschränkungen möchte der Nutzer die Daten jedoch nicht allein verwalten. Er möchte dies an einen Dienstleistungsanbieter auslagern, um bei einer Abfrage einen Teil der Daten abrufen zu können, welche der Durchführung der Abfrage Genüge leisten. In diesem Fall besteht kein Bedarf an Zugriffsrichtlinien, da es einen einzelnen Nutzer gibt, der Eigentümer der Daten ist. Daher kann in diesem Szenario das Vertrauensproblem bezüglich Dienstleistungsanbietern auf die Geheimhaltung ausgelagerter Daten reduziert werden. Außerdem ist es für den Nutzer wichtig, in der Lage zu sein, eine Anpassung zwischen Geheimhaltung und Leistung vorzunehmen, da die Abfrage nutzerseitig, unter Verwendung des erhaltenen Datenabschnitts, berechnet wird und weil eine negative Korrelation zwischen Geheimhaltung und Leistung besteht. Diese Art von Szenario findet aufgrund der wirtschaftlichen und organisatorischen Vorteile von „Database-as-a-Service“ oft bei Startup-Unternehmen Anwendung. Insbesondere in diesem Bereich weisen viele Daten eine Graphstruktur auf, z.~B. Protein-Netzwerke, Straßen-Netzwerke und Stromnetz-Netzwerke. Hier schlagen wir einen Gruppierungsansatz für die sichere Auslagerung von Daten mit Graphstrukturen vor, wobei nachweisbare Geheimhaltungsgarantien geboten werden. Unser Ansatz ermöglicht es Nutzern, Anpassungen zwischen Ebenen von Geheimhaltung und Leistung vorzunehmen. Zusätzlich entwickeln wir zur Erleichterung der Planung von Abfragen ein Modell, welches das Verhalten unseres Algorithmus vorhersagen kann. Unser dritter Beitrag berücksichtigt den Fall, in dem es einem Nutzer nicht ermöglicht wird, auf Daten zuzugreifen, die zur Durchführung von Abfragen nötig sind. Die Nutzer haben jedoch Zugriff auf die Ergebnisse der Abfrage bezüglich der Daten. In diesem Szenario gibt es typischerweise mehrere Nutzer, wobei jeder einen anderen Teil der Daten besitzt, und jeder Nutzer auf Basis von spezifizierten Zugriffsrichtlinien auf Abfrageergebnisse bezüglich der Daten zugreifen kann, die anderen gehören. Dann muss der OSN-Anbieter die erforderliche Kernberechnung durchführen, und der Nutzer kann nur auf das Ergebnis von Dienstleistungen zugreifen, die vom OSN geboten werden. Für dieses Szenario entwickeln wir zwei Methoden, welche bestehende Verschlüsselungsschemata kombinieren, um es Nutzern von OSNs zu ermöglichen, Abfragen bezüglich Freunden in einer bestimmten Entfernung durchzuführen. Beide Ansätze beinhalten eine Aufhebungsfunktion und bieten Geheimhaltungsgarantien unter der Annahme geheimer Absprachen, d. h. ein Gegenspieler kann mit dem Dienstleistungsanbieter zusammenspielen. Daneben bieten wir Komplexitätsanalysen unserer Ansätze, um diese bewerten und vergleichen zu können. Unsere Analysen teilen uns mit, welcher Ansatz in jeder Einheit, die in dem System involviert ist, leistungsfähiger ist. Diese Dissertation beinhaltet eine umfassende experimentelle Analyse all unserer Ansätze auf Basis von synthetischen und realen Datensätzen, welche die Wirksamkeit unserer Methoden bestätigen

    Searchable Encryption for Cloud and Distributed Systems

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    The vast development in information and communication technologies has spawned many new computing and storage architectures in the last two decades. Famous for its powerful computation ability and massive storage capacity, cloud services, including storage and computing, replace personal computers and software systems in many industrial applications. Another famous and influential computing and storage architecture is the distributed system, which refers to an array of machines or components geographically dispersed but jointly contributes to a common task, bringing premium scalability, reliability, and efficiency. Recently, the distributed cloud concept has also been proposed to benefit both cloud and distributed computing. Despite the benefits of these new technologies, data security and privacy are among the main concerns that hinder the wide adoption of these attractive architectures since data and computation are not under the control of the end-users in such systems. The traditional security mechanisms, e.g., encryption, cannot fit these new architectures since they would disable the fast access and retrieval of remote storage servers. Thus, an urgent question turns to be how to enable refined and efficient data retrieval on encrypted data among numerous records (i.e., searchable encryption) in the cloud and distributed systems, which forms the topic of this thesis. Searchable encryption technologies can be divided into Searchable Symmetric Encryption (SSE) and Public-key Encryption with Keyword Search (PEKS). The intrinsical symmetric key hinders data sharing since it is problematic and insecure to reveal one’s key to others. However, SSE outperforms PEKS due to its premium efficiency and is thus is prefered in a number of keyword search applications. Then multi-user SSE with rigorous and fine access control undoubtedly renders a satisfactory solution of both efficiency and security, which is the first problem worthy of our much attention. Second, functions and versatility play an essential role in a cloud storage application but it is still tricky to realize keyword search and deduplication in the cloud simultaneously. Large-scale data usually renders significant data redundancy and saving cloud storage resources turns to be inevitable. Existing schemes only facilitate data retrieval due to keywords but rarely consider other demands like deduplication. To be noted, trivially and hastily affiliating a separate deduplication scheme to the searchable encryption leads to disordered system architecture and security threats. Therefore, attention should be paid to versatile solutions supporting both keyword search and deduplication in the cloud. The third problem to be addressed is implementing multi-reader access for PEKS. As we know, PEKS was born to support multi-writers but enabling multi-readers in PEKS is challenging. Repeatedly encrypting the same keyword with different readers’ keys is not an elegant solution. In addition to keyword privacy, user anonymity coming with a multi-reader setting should also be formulated and preserved. Last but not least, existing schemes targeting centralized storage have not taken full advantage of distributed computation, which is considerable efficiency and fast response. Specifically, all testing tasks between searchable ciphertexts and trapdoor/token are fully undertaken by the only centralized cloud server, resulting in a busy system and slow response. With the help of distributed techniques, we may now look forward to a new turnaround, i.e., multiple servers jointly work to perform the testing with better efficiency and scalability. Then the intractable multi-writer/multi-reader mode supporting multi-keyword queries may also come true as a by-product. This thesis investigates searchable encryption technologies in cloud storage and distributed systems and spares effort to address the problems mentioned above. Our first work can be classified into SSE. We formulate the Multi-user Verifiable Searchable Symmetric Encryption (MVSSE) and propose a concrete scheme for multi-user access. It not only offers multi-user access and verifiability but also supports extension on updates as well as a non-single keyword index. Moreover, revocable access control is obtained that the search authority is validated each time a query is launched, different from existing mechanisms that once the search authority is granted, users can search forever. We give simulation-based proof, demonstrating our proposal possesses Universally Composable (UC)-security. Second, we come up with a redundancy elimination solution on top of searchable encryption. Following the keyword comparison approach of SSE, we formulate a hybrid primitive called Message-Locked Searchable Encryption (MLSE) derived in the way of SSE’s keyword search supporting keyword search and deduplication and present a concrete construction that enables multi-keyword query and negative keyword query as well as deduplication at a considerable small cost, i.e., the tokens are used for both search and deduplication. And it can further support Proof of Storage (PoS), testifying the content integrity in cloud storage. The semantic security is proved in Random Oracle Model using the game-based methodology. Third, as the branch of PEKS, the Broadcast Authenticated Encryption with Keyword Search (BAEKS) is proposed to bridge the gap of multi-reader access for PEKS, followed by a scheme. It not only resists Keyword Guessing Attacks (KGA) but also fills in the blank of anonymity. The scheme is proved secure under Decisional Bilinear Diffie-Hellman (DBDH) assumption in the Random Oracle Model. For distributed systems, we present a Searchable Encryption based on Efficient Privacy-preserving Outsourced calculation framework with Multiple keys (SE-EPOM) enjoying desirable features, which can be classified into PEKS. Instead of merely deploying a single server, multiple servers are employed to execute the test algorithm in our scheme jointly. The refined search, i.e., multi-keyword query, data confidentiality, and search pattern hiding, are realized. Besides, the multi-writer/multi-reader mode comes true. It is shown that under the distributed circumstance, much efficiency can be substantially achieved by our construction. With simulation-based proof, the security of our scheme is elaborated. All constructions proposed in this thesis are formally proven according to their corresponding security definitions and requirements. In addition, for each cryptographic primitive designed in this thesis, concrete schemes are initiated to demonstrate the availability and practicality of our proposal

    Lattice-based Public Key Encryption with Multi-Ciphertexts Equality Test in Cloud Computing

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    Nowadays, together with stormy technology advancement, billions of interconnected devices are constantly collecting data around us. In that fashion, privacy protection has become a major concern. The data must be in encrypted form before being stored on the cloud servers. As a result, the cloud servers are unable to perform calculations on en- crypted data, such as searching and matching keywords. In the PKE- MET setting, a cloud server can perform an equality test on a number of ciphertexts which encrypted with the same designated number. In this paper, we propose, for the first time, an efficient construction of a quantum-safe PKE-MET system based on the hardness of the Learning with Errors (LWE) problem in the lattice setting. Furthermore, we also discuss the first lattice-base public key encryption with flexible multi- ciphertext equality test (PKE-FMET) constructions, which allow per- forming equality test on multiple ciphertexts whose designated numbers are less than a threshold number. Our proposed schemes are proven to be secure in the standard model
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