Page 437 - 《软件学报》2026年第2期

916 软件学报 2026 年第 37 卷第 2 期

送数据访问请求, 用户在云存储服务器上按需检索并下载其他 App 为其产生的数据, 随后转发给所需 App, 从而
实现以用户为中心的数据跨 App 流转 [7] . 例如, 用户同时使用视频拍摄软件、视频编辑软件和社交分享平台 App,
假设上述 3 个软件使用同一个云存储服务平台管理用户数据. 用户通过云存储服务可以在视频编辑软件中直接获
取视频拍摄软件中的视频素材, 并在社交分享平台上选择编辑完成的视频进行分享. 当前, 基于云存储服务的以用
户为中心的数据跨域流转已经在协同办公、影音娱乐等领域得到了广泛的应用, 并取得了较好的经济和社会
效益 [8−11] .
然而, 在云辅助下实现跨 App 的数据流转面临着严峻的安全威胁. 首先, 跨 App 的冒充攻击频发. 敌手可能会
冒充合法用户登录 App, 越权访问用户已购买的相关服务, 侵害用户权益; 敌手也可能会冒充用户执行恶意操作,
如发布不良信息等, 进而破坏 App 生态 [12] . 其次, 数据泄露问题突出. 用户的 App 使用数据会泄露其兴趣偏好、社
会关系和行为习惯等高度敏感的个人隐私数据 [13] . 若 App 直接将用户数据文件以明文形式外包存储至云服务器,
用户和 App 会失去对数据的掌控 [14] , 而云服务器可以对存储数据执行任意操作, 用户数据面临着恶意窃取等威胁.
进一步地, 恶意的 App 可以与云服务器合谋, 从而在未经用户授权的情况下访问用户在其他 App 处的使用数据,
增加用户数据内容泄露的风险. 近期, 一项针对美国和中国应用商店的 300 款下载量最高的 App 的研究分析 [15] 发
现, 超过 55% 的中国应用和 10% 的美国应用在跨 App 数据流转过程中存在泄露用户隐私信息的问题.
认证是保证跨 App 数据流转系统安全的第 1 道防线. 口令认证仍是移动系统中应用最普遍的身份认证方
式 [16] , 然而, 由于口令固有的低熵、与个人信息强相关等特点, 现有口令认证系统易遭受离线字典猜测攻击
(dictionary guessing attack, DGA), 从而导致用户口令泄漏、认证系统失效等严峻的后果 [17,18] . 例如, 2019 年, 中国
智能家居公司欧瑞博的数据泄漏, 涉及包括用户名、邮箱、口令等内容的 20 亿条日志; 2020 年, CAM4 网站泄露
了 108.8 亿个用户口令; 2022 年, NVIDIA 网站泄露 70 万个用户口令 (https://www.forbes.com/sites/kateoflahertyuk/
2019/01/17/collection-1-breach-how-to-find-out-if-your-password-has-been-stolen/). 此外, 由于用户倾向于在不同
App 中使用相同或相似的口令, 一旦敌手获取了用户在某一个 App 中的口令, 则其有很大概率获得用户在其他
App 中使用的口令, 进而破坏其他系统的认证安全性. 在移动互联网环境下, 口令认证协议的缺点被进一步放大:
由于移动用户的设备受限、数据访问随遇、访问服务多样等特点, 口令认证协议在实际部署时会极大增加用户的
记忆负担和口令维护成本 [19] . 因此, 亟需构建适用于移动用户且便携高效的安全认证机制, 支撑数据跨 App 可信
流转.
加密算法是防止数据泄露的密码学原语. 然而, 使用传统加密算法会导致用户无法高效按需检索数据. 为了实
现在密文上的按需检索, 可采用公钥可搜索加密 (public key encryption with keyword search, PEKS) 机制 [20] 加密数
据. 具体来说, App 使用用户的公钥加密数据的关键词、混合加密算法加密数据内容, 并外包存储至云服务器; 后
续数据访问阶段, 用户可以利用私钥对关键词生成陷门, 云服务器以关键词陷门为输入, 执行检索算法并返回包含
该陷门对应关键词的所有密文; 最后, 用户解密得到所需数据内容 [21] . 云服务器除检索结果外, 无法获得关于查询
关键词的任何额外信息. 可搜索加密机制能够同时保证数据的机密性和可用性. 然而, 由于数据文件中关键词的明
文空间较小, 关键词普遍是低熵的, 容易遭受离线关键词猜测攻击 (keyword guessing attack, KGA) [22] . 因此, 亟需
构建面向移动用户, 抵御离线 KGA 攻击的可搜索加密机制, 保障云辅助下数据跨 App 流转的安全.
我们发现, 用户口令和关键词都具有低熵的性质, 可以使用同一组服务器协助用户对口令和关键词进行强化,
保护口令和关键词的安全性. 在云辅助下数据跨 App 流转的场景中, App 既可以作为身份服务器帮助用户加固长
效口令, 又能够作为密钥服务器协助用户强化关键词. 本文首先设计了安全高效的移动用户身份认证方法, 利用
多 App 协助的门限口令加固机制和长短效秘密结合的便捷的身份认证机制, 实现了适用于移动用户且便携高效
的安全认证机制. 其次, 提出了安全的跨信任域数据流转方法, 利用多 App 协助的公钥可搜索加密机制, 实现了面
向移动用户的抵御离线 KGA 攻击的数据安全检索机制. 最后, 将便携高效的安全认证机制与面向移动用户的抵
御离线 KGA 攻击的数据安全检索机制进行整合, 形成了以用户为中心的云辅助跨 App 数据安全流转方案 CADC
(user-centric secure cloud-assisted cross-application data circulation scheme). 本文提供了 CADC 的形式化安全定义并
进行了严格的安全性证明. 仿真实验结果表明, CADC 在用户端与 App 端具有较高的效率.
本文主要的研究工作如下.