雲計算環境下大規模工程計算外包服務的安全機制研究

《雲計算環境下大規模工程計算外包服務的安全機制研究》是依託武漢大學，由王騫擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：雲計算環境下大規模工程計算外包服務的安全機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王騫
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

雲計算的一個突出優勢是使計算資源受限的終端用戶能夠將大規模計算任務外包給雲，通過按使用付費來利用雲強大的計算能力。然而，安全問題特別是計算過程中生成和處理用戶數據時的隱私問題成為了雲外包計算服務廣泛套用的瓶頸。安全外包計算研究至今還未取得突破性進展，其安全機制設計和研究面臨著一系列的挑戰,包括保證切實可行的計算複雜度，合理系統假設條件下提供完備的安全性保障和非對稱資源配置下節省用戶端大量運算開銷等。在雲外包計算模型下，現有基於密碼學安全多方計算和全同態加密技術的設計方案難以滿足實際需要。本項目擬從廣泛套用於社會生活中的大規模工程計算和最佳化問題（包括大規模線性方程組求解、大規模線性規劃和大規模凸最佳化計算）入手，對外包計算的理論和方法、關鍵技術展開系統和深入的研究，提出外包計算模型下安全機制設計的方法論，解決計算問題變換及計算結果完整性驗證等科學和技術問題，實現系統安全、效率和實用性間的平衡。

結題摘要

雲計算的一個突出優勢是使計算資源受限的終端用戶能夠將大規模計算任務外包給雲，通過按使用付費來利用雲強大的計算能力。然而，安全問題特別是計算過程中生成和處理用戶數據時的隱私問題成為了雲外包計算服務廣泛套用的瓶頸。安全外包計算研究至今還未取得突破性進展，其安全機制設計和研究面臨著一系列的挑戰,包括保證切實可行的計算複雜度，合理系統假設條件下提供完備的安全性保障和非對稱資源配置下節省用戶端大量運算開銷等。在雲外包計算模型下，現有基於密碼學安全多方計算和全同態加密技術的設計方案難以滿足實際需要。本項目從廣泛套用於社會生活中的大規模工程計算入手，對外包計算的理論和方法、關鍵技術展開系統和深入的研究，提出外包計算模型下安全機制設計的方法論，針對多項式運算、圖像特徵提取、密文搜尋、圖計算與查詢、機器學習等一系列典型的計算問題提出了相應的安全外包計算方案，實現了系統安全、效率和實用性間的平衡。重要成果包括1)提出了雲計算環境下切實可行的具有隱私保護的生物識別外包計算方案。在資料庫加密階段，該方案相比的其他的方案可以節約33%的時間；2)提出了具有隱私保護的圖像有效特徵提取外包計算方案。在Oxford真實數據集上的性能測試顯示，在將圖片旋轉20度，縮放20%的情況下，我們的方案和原始的方案一樣；3)提出了雲環境下基於特徵豐富數據的密文搜尋方案。圖片數量為59500時，搜尋的召回率為0.9915時，方案的搜尋時間開銷為5.12s，空間開銷為4.54MB，適用於實際套用場景；4)提出了支持動態更新的精確地圖數據最短距離查詢方案。對於不同的數據集，查詢時間從20.4秒到46.4分鐘不等，開銷很小；5）提出了針對跨媒體檢索的具有隱私保護的典型相關分析方案，對於擁有100,000條記錄的資料庫，完成整個安全的典型相關分析算法大約需要75分鐘。通過本項目的研究，項目組在計算外包服務的安全機制研究方面所獲得的原創性成果和關鍵技術能夠為雲計算環境下數據外包計算的安全和用戶隱私保護提供有力的技術支撐，使用戶能夠方便的利用雲巨大的計算資源，放心的將計算工作委託給遠程的雲伺服器運行。