[发明专利]一种面向用户的云存储数据完整性保护方法

权利要求书

1.一种面向用户的云存储数据完整性保护方法，其步骤为：

1)文件上传：用户端将文件分块编号，对每一文件块进行纠删码编码，生成块内冗余校验码；计算每一文件块哈希值，将哈希值保存成一个基于范围的2-3树，将这些哈希值联接成一个值并用私钥对其进行数字签名；并根据树形结构对文件块进行纠删码编码，生成文件块之间的块间冗余校验码，用流置换密钥对块间冗余校验码进行加密；用户端本地保存文件块编号、私钥、流置换密钥和2-3树信息，并生成云端附属信息上传到云端，云端附属信息包含文件块编号、数字签名、纠删编码后的文件、公钥、2-3树信息；所述纠删编码后的文件包括原始文件、块内冗余校验码和加密后的块间冗余校验码；

2)文件验证：用户端将文件验证请求发送给云存储管理节点，云存储管理节点根据该文件验证请求中包含的云存储服务器编号，将请求发送给对应的云存储服务器，由云存储服务器计算对应的原始数据及其与原始数据对应的块间冗余校验码的代数签名，之后将该代数签名返回给用户端进行数据完整性验证，如果发现数据损坏则进行步骤3)；

3)文件恢复：用户端根据2-3树信息从云端获取包含损坏数据的分支树上的所有文件块，通过对这些文件块的哈希值进行对比定位出错误所在的文件块，并用该文件块的纠删码对其进行纠错恢复，如果无法恢复，则从云端获取该分支树的块间冗余校验码对其进行纠错恢复。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述2-3树的节点用v来表示，每一个节点储存(l(v)，r(v),x(v)，p(v))；l(v)是节点v的高度；r(v)是节点v的范围值；x(v)是节点v的认证值，p(v)是文件块之间的冗余校验码的哈希值信息；其中，如果l(v)＝2，则p(v)＝h(p(c₁，c₂，c₃))，c₁、c₂、c₃是节点v的从左到右的三个孩子，当节点v只有2个孩子c₁，c₂时，c₃为空；如果l(v)不等于2，则p(v)＝0。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述2-3树中设有冗余校验码节点，其与2-3树中高为2的那层节点在逻辑上对应。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于采用RS(3，1)、RS(2，1)纠删码计算生成所述块间冗余校验码；选择RS(6，2)纠删码计算生成所述块内冗余校验码。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述文件验证的方法为：

51)用户端将文件验证请求(x，n，s，y,c，α)发给云存储管理节点；其中，x是起始偏移量，n是想要挑战的样本数量，s是一个纠删码码字，y是分支树的编号,c是服务器编号集合，α是计算代数签名的参数值；

52)云存储管理节点将该文件验证请求与用户端地址发给云存储服务器编号集合c对应的存储节点，然后每一云存储节点对第y分支树上的原始数据及其块间冗余校验码进行代数签名的计算，并将该代数签名的结果返回给该用户端；

53)该用户端根据收到的该代数签名对这个分支树上的数据进行数据完整性验证，判断数据是否有损坏。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述从云端获取该分支树的块间冗余校验码对其进行纠错恢复的方法为：通过云存储管理节点从云存储节点上取回有损坏数据分支树对应的块间冗余校验码P_i＇＇；然后用流置换密钥S对其进行解密，得到P_i＇；然后用P_i＇与该分支树上剩余的完好数据块对损坏的数据进行恢复。

7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于当用户端更新上传的文件时，用户端与云端进行两方面的验证：一方面对该2-3树的树形结构验证，即该用户端向云存储管理节点发送要更新的文件块索引，云存储管理节点返回该文件块的路径，由用户端验证云端保存的树形信息与用户端保存的树形信息是否一致，如果一致则验证通过；另一方面是对文件块的数字签名的验证，用户端将更新后的数字签名发送给云端，云端通过公钥验证该签名的正确性；当两方面验证均通过后，云存储管理节点将该用户端需更新的文件块索引号对应的文件块发给该用户端进行更新，然后将重新计算后的块内冗余校验码和加密后的块间冗余校验码传给云端保存。