Efficient and Secure Remote Data Storing and ...

3 downloads 11604 Views 167KB Size Report
clouds with limited digital control by data owners raises security concerns. ... Keywords: cloud computing, data storage, homomorphic encryption, elliptic curve, ...
Efficient and Secure Remote Data Storing and Processing  Mohd Rizuan Baharon, Qi Shi, David Llewellyn‐Jones and Madjid Merabti   School of Computing and Mathematical Sciences, Liverpool John Moores University, UK  [email protected]  [email protected]  D.Llewellyn‐[email protected]  [email protected]    Abstract: Storing and processing data remotely is becoming a popular trend for people to deal with their data in order to  overcome storage spaces and computing resources limitation. However, moving private data to untrusted third parties like  clouds with limited digital control by data owners raises security concerns. Primitive encryption schemes seem ineffective  to  be  used  as  such  techniques  require  encrypted  data  need  to  be  decrypted  first  before  data  can  be  processed.  Thus,  homomorphic encryption is believed to be one of the potential solutions as it allows arbitrary computation on encrypted  data  without  decryption  process.  The  first  fully  homomorphic  encryption  (FHE)  scheme  was  introduced  by  Gentry,  then  followed by other researchers that produced similar and complex schemes like Gentry’s one. Such schemes are suffering  from poor efficiency as too much noise is produced by the process on encrypted data. Thus, this research work will deeply  look at efficiency issue and propose a new scheme which minimizes the use of noise at the processing stage. The scheme  implements the Elliptic Curve (EC) group as the underlying group since EC promises efficiency and strong security. The use  of n‐multilinear  map along with the construction of the scheme is to enable the achievement of a FHE scheme. The key  contribution  of  this  work  is  to  propose  a  FHE  scheme  with  improved  efficiency.  Furthermore,  an  improve  security  of  a  Secure Sockets Layer protocol will be the second contribution as the used of the proposed FHE scheme enables data to be  transmitted and processed securely and efficiently.     Keywords: cloud computing, data storage, homomorphic encryption, elliptic curve, n‐multilinear map, secure sockets layer  (SSL) 

1. Introduction  Cloud Computing is becoming a popular IT technology that has changed the way people use IT technologies to  run their businesses. This is due to cloud providing huge data storage and powerful computing resources to  their clients who have less capability to store and process their data internally. Those benefits can be accessed  with minimum requirements like desktop machines and Internet connection. As clouds provide services on a  pay‐as‐you‐use  basis,  it  enables  their  clients  to  leverage  their  services  based  on  client’s  needs.  However,  clients  are  still  reluctant  to  adopt  such  a  technology  due  to  security  concerns  on  their  data  (Subashini  &  Kavitha 2011).     Thus,  research  on  securing  data  and  their  related  processing  by  cloud‐based  applications  is  getting  more  attention from academia as well as enterprises working on or using cloud services. Clients, who are interested  to  use  cloud  services  effectively,  need  to  outsource  their  data  to  Cloud  Service  Providers  (CSPs).  However,  outsourcing sensitive data into clouds with no physical and limited digital control by the clients raises serious  concerns  about  data  security.  Due  to  the  scale,  dynamicity,  openness  and  resource‐sharing  nature  of  cloud  computing,  addressing  security  issues  in  such  environments  is  a  very  challenging  problem  (Zissis  &  Lekkas  2012).    To  ensure  privacy  and  integrity  of  the  data  is  preserved,  encryption  techniques  should  be  implemented.  Primitive  encryption  schemes  seem  ineffective  to  be  implemented  in  such  an  environment  because  the  encrypted data cannot be processed without decryption (Mahmood 2011). Thus, a scheme that allows data to  be processed in encrypted form like a FHE scheme is needed.  However, existing FHE schemes are suffering  from  efficiency  issues  as  they  are  computationally  expensive.  Ciphertexts  generated  through  those  schemes  are “noisy” (Fan & Vercauteren 2012). Such limitations require an improved FHE scheme to be proposed. Thus,  we propose a new FHE scheme based on a finite field that supports an n‐multilinear map in this paper. The  scheme is constructed based on an open problem raises by Boneh et al. (Boneh 2005), on their previous work  on  a bilinear map.  Our  scheme  will  be  executed  using SSL  protocol  to achieve high  security  between  clients  and cloud providers.    SSL  is  developed  by  Netscape  (Chou  2002)  providing  a  secure  communication  channel  and  mechanisms  between  two  parties  (a  client  and  a  server).  The  goals  for  SSL  not  only  include  security,  but  also 

397

Suggest Documents