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摘 要

如今，互联网技术在高速发展，越来越多的数据被聚集到互联网上，云存储的应用变得十分广泛。用户通过云存储将他们的数据上传到云上来保存，数据的拥有者们能够从数据存储和维护的责任中解脱，这使他们享受着按需的高品质数据服务。然而，用户在享受这种高品质的服务时也面临着一定的风险，比如数据丢失和数据泄露的风险。为了应对这些风险，将重要的隐私数据在被上传到云上之前进行加密就显得至关重要了。但是数据加密虽然使得数据的安全性提高了，但却使其他的数据操作变得复杂了，比如数据检索操作。

本文主要研究了面向云存储的密文检索技术，并以此为基础提出了一种安全高效的密文检索方案。然后针对Android平台的特点，设计了一种面向云存储的密文检索系统，并在Android平台上将该系统实现。

本文所做的具体工作如下：

1、分析研究了基于云存储的密文检索技术，并对此进行了总结概述，之后对比了已有的密文检索的经典方案，进行了具体的分析，具体介绍了对称加密体制下的可搜索加密方案、带关键词的公钥加密方案和基于同态加密的密文检索方案。

2、在总结现有方案优劣势之后，基于此本文设计了一种改进的同态加密方案。该方案不仅保证了文件数据的安全性，利用同态加密的特点来实现对密文直接进行检索操作，还保护了关键词和用户输入的隐私性，服务器所接收到的数据都是加密信息，整个存储和检索过程都是以密文为基础来进行。本方案的处理过程为，对需要上传的文件使用AES算法加密后上传，另外对文件提取关键词，关键词使用同态加密算法进行加密，这使得在进行检索操作时，不需要对全文进行遍历，进一步提高了系统的检索效率。

3、根据本文所提出的方案，在Android平台上设计并且实现了一个云存储密文检索系统， 该系统验证了本文提出的云存储密文检索方案的可行性和实用性。

关键词：云存储，同态加密，AES算法，密文检索，Android

THE DESIGN AND IMPLEMENTATION OF CLOUD STORAGE SYSTEM BASED ON ANDROID

Name: Xia Junjie Teacher: Qin Zhongyuan

ABSTRACT

With the development of internet technology, more and more data is gathered to internet. The application of cloud storage is also becoming more and more widely. By storing their data into the cloud, the data owners can be relieved from the burden of data storage and maintenance so as to enjoy the on-demand high quality data storage service. When users enjoy the high quality service, they also face some risks, such as the risks of data loss and data leakage. In order to solve these risks, it is crucial to encrypt the important privacy data before they are uploaded to the cloud server. Data encryption improves the safety of the data. However, other data manipulation is becoming complicated, such as data retrieval operation.

This paper mainly studied the ciphertext retrieval technology based on cloud storage. On this basis, this paper puts forward a kind of safe and efficient ciphertext retrieval scheme. Then according to the characteristics of the Android mobile platform, this paper designs a ciphertext retrieval system on cloud storage and implement this system on the Android platform.

The specific works as follow:

1. This paper provides a review of the study of the ciphertext retrieval technology based on cloud storage, and then introduces and analyzes some classical ciphertext retrieval systems, including searchable encryption scheme with using symmetric encryption, public key encryption scheme with keywords and ciphertext retrieval scheme based on homomorphic encryption.

2. After summarizing the advantages and disadvantages of existing schemes, this paper proposed an improved homomorphic encryption scheme. The scheme uses homomorphic encryption to directly retrieve ciphertext. The scheme not only ensures the privacy of the file data, also ensure the privacy of keywords and user input. The data that the server receives is encrypted data. The whole process of storage and retrieval is conducted on the ciphertext. This paper also uses the thought of keywords. These files that need to upload to server upload after using AES encryption algorithm. This scheme extracts the keywords from files. Keywords use homomorphic encryption algorithm to encrypt. Therefore, in the process of retrieval, this scheme does not need to traverse the full file and improves the retrieval efficiency.

3. According to the scheme proposed in this paper, this paper designs and implements a cloud storage ciphertext retrieval system on the Android platform. The system verifies that the cloud storage ciphertext retrieval scheme proposed in this paper is feasible and practical.

KEYWORDS: cloud storage, homomorphic encryption, AES algorithm, ciphertext retrieval, Android

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 本文的研究目的及研究内容 1

第二章 云存储密文检索研究现状 3

2.1 云存储的概念及应用 3

2.1.1 云存储的概念 3

2.1.2 云存储的应用 4

2.2 数据加密 5

2.3 密文检索方案的研究现状 8

2.4 对称密码体制下的可搜索加密方案 9

2.5带关键词检索的公钥加密方案 11

第三章 基于同态加密的密文检索方案 14

3.1 同态加密的概念 14

3.2 现有的同态加密方案 15

3.2.1 Rivest方案 15

3.2.2 Domingo方案 15

3.2.3 DGHV方案 16

3.2.4 CAFED方案 17

3.3 一种改进的同态加密方案 18

第四章 面向Android的云存储密文检索系统的设计和实现 22

4.1 Android系统简介 22

4.2 系统软硬件需求 22

4.3 系统的总体设计 23

4.3.1客户端的设计 23

4.3.2 服务端的设计 27

4.4 系统测试 29

第五章 总结与展望 36

5.1 方案总结 36

5.2 问题与展望 36

参考文献 37

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

随着社会的高速发展，互联网技术的应用越来越广泛，越来越多的数据通过各种终端产生，人们俨然已经进入了一个大数据时代。阿里巴巴的CEO马云在一次演讲中曾经说过，未来的时代将不是IT时代，而是DT的时代，DT就是Data Technology数据科技。然而，不仅是数据的数量在急速的增长，数据本身的大小也在急速增长。随着科技的发展，人们对音频、视频数据的质量也越来越在意，就拿视频数据为例，当今广泛使用的720P（1280X720）百万像素网络摄像机，它的高清视频录像资料可以压缩至大约每小时3GB容量，如果使用更高分辨率，比如1080P的超高清网络摄像机，将会产生更大的数据存储量，但是视频数据的高清化趋势是必然的。由此可以看出，互联网上数据量正在以一个难以置信的速度飞速增长。

然而，伴随着数据量的飞速增长，数据的存储和维护都成了难以解决的问题。尽管传统的本地存储技术也一直在发展，pc、手机、U盘等本地存储设备的容量越来越大，但依然难以跟上数据量急速增长的步伐，并且数据的管理也成了一大问题。为了应对以上提出的问题，伴随着宽带网络、应用存储、集群技术和WEB2.0技术等技术的不断突破，基于云计算的云存储技术应运而生。

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