Page 438 - 《软件学报》2026年第2期

张源 等: 以用户为中心的云辅助跨应用数据安全流转 917

(1) 安全高效的移动用户身份认证方法. 使用多 App 协助的门限口令加固机制以及长短效秘密结合的便捷的
身份认证机制, 实现适用于移动用户且便携高效的安全认证机制. 用户拥有长效的用户口令和短效的设备公私钥
对, 多个 App 作为分布式的身份服务器, 帮助用户加固不可复用的长效用户口令 (长效秘密), 实现在无需可信第
三方环境下的身份认证, 避免单点失效问题和离线 DGA 攻击. 完成注册后, 用户使用短效公私钥对 (短效秘密) 授
权设备, 通过长短效秘密的结合使用, 在短时间内, 用户只需使用短效私钥即可通过已授权设备登录 App 和云服
务器, 无需再次执行口令加固过程.
(2) 安全的跨信任域数据流转方法. 使用多 App 协助的公钥可搜索加密机制实现面向移动用户的抵御离线
KGA 攻击的数据安全检索机制. 各 App 作为分布式的密钥服务器, 分别与用户交互, 帮助用户强化数据检索关键
词, 作为服务器的各 App 间无需进行交互, 避免离线 KGA 攻击以及密钥服务器的单点失效问题.由云存储服务器
建立加密后的数据文件与对应强化关键词密文的索引表, 通过检验强化关键词密文与陷门的匹配情况检索数据并
将数据检索结果返回给用户, 用户将其中允许共享的数据加密后发送给请求数据的 App.
(3) 结合适用于移动用户且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, 实现了以用户为中心的云辅助跨 App 数据安全流转方案 CADC. 形式化的安全性分析表明, CADC 能够抵
御半诚实的云服务提供商与 App 服务提供商. 在仿真实验中, 当用户数达到 500 时, CADC 在 App 端的存储开销
不超过 80 KB, 计算开销低于 3.5 s; 在用户端各阶段的通信开销都不超过 10 KB. 仿真实验结果表明, CADC 在用
户端与 App 端具有较高的效率.
本文第 1 节介绍相关工作. 第 2 节描述 CADC 需解决的问题, 说明 CADC 的系统模型、定义、安全模型和设
计目标. 第 3 节介绍本文提出的 CADC 具体方案, 给出了方案的正确性证明. 第 4 节给出 CADC 的形式化的安全
性分析. 第 5 节通过仿真实验分析 CADC 的性能. 最后总结全文.

1 相关工作

1.1 面向移动互联网的安全身份认证技术
在移动互联网环境中, 身份认证的主要任务是确保通信双方或多方能够在不可信网络中确认彼此身份, 并在
此基础上建立安全的通信通道 [23] . 身份认证过程往往涉及多个实体在开放网络中的交互, 其核心在于通过一系列
信息交换与运算步骤, 对通信对象的真实性、合法性和有效性进行判断, 通常依赖用户的个体信息、随身设备以
及其固有生物特征来实现身份识别. 基于所使用的认证因子不同, 当前应用于移动互联网的身份认证方法一般可
分为 3 类 [24] : (1) 基于用户掌握的秘密信息, 例如静态口令和基于知识的认证 (knowledge-based authentication,
KBA); (2) 基于用户所持硬件设备, 如硬件令牌、智能卡、手机短信验证以及近场通信技术 (near field communi-
cation, NFC); (3) 基于用户独特生物特征的认证方式, 包括指纹、声纹、虹膜以及人脸识别等.
从安全性与可用性角度考量, 这 3 类方法各具有优势与不足 [25] . 首先, 基于秘密信息的认证由于部署便捷、
成本较低且使用灵活, 已成为最广泛采用的身份认证方法. 在移动应用环境下, 用户只需输入正确信息即可通过服
务器验证. 然而, 此类方法的安全性依赖于用户秘密凭据的安全性, 一旦凭据被窃取, 敌手即可轻易冒充合法身份.
其次, 基于硬件设备的认证通常具有更高的安全强度, 因设备能够存储用户难以记忆的敏感密钥. 然而, 此类硬件
方案会增加用户负担, 同时设备存在丢失与被盗风险, 一旦设备落入攻击者手中, 系统安全性将面临严重挑战. 最
后, 基于生物特征的认证通过自动采集用户的生理或行为特征完成身份确认, 用户无需记忆额外信息或携带硬件
设备, 在安全性与便携性之间达成较好平衡 [26] . 但由于生物特征不可撤销, 一旦相应特性被非法获取, 将难以通过
更新机制进行补救, 从而带来长期安全隐患.
由于口令的便捷性, 基于口令的身份认证是移动互联网中最主要的身份认证方式. 硬件令牌 (或硬件设备) 和
生物特征通常作为安全增强因子, 与静态口令结合形成基于口令的多因子身份认证, 以提高身份认证的安全性. 在
普通的移动互联网环境 (如绝大多基于网站的服务) 中, 目前主要采用基于口令的单因子身份认证方式; 在一些高
安全需求的移动互联网场景 (如电子医疗、电子政务、电子商务和智能家居) 中, 往往采用多因子身份认证技术
来实现用户身份认证, 提高系统的安全性 [27] . 1981 年, Lamport [28] 提出首个适用于客户端-服务器架构的基于口令