[论文解读] TwinCloud: A Client-Side Encryption Solution for Secure Sharing on Clouds Without Explicit Key Management.

Kemal Biçakcı, Davut Deniz Yavuz+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2016

Cloud Data Security Solutions被引用 4

一句话总结

TwinCloud 提出了一种客户端加密系统，通过将加密文件和密钥分布在两个或多个不可信的云服务提供商之间，实现了无需显式密钥管理的安全云文件共享。该系统通过密码学隔离和透明性确保安全性，可用性研究证实其在实际部署中的可行性。

ABSTRACT

With the advent of cloud technologies, there is a growing number of easy-to-use services to store files and share them with other cloud users. By providing security features, cloud service providers try to encourage users to store personal files or corporate documents on their servers. However, their server-side encryption solutions are not satisfactory when the server itself is not trusted. Although, there are several client-side solutions to provide security for cloud sharing, they are not used extensively because of usability issues in key management. In this paper, we propose TwinCloud which is an innovative solution with the goal of providing a secure system to users without compromising the usability of cloud sharing. TwinCloud achieves this by bringing a novel solution to the complex key exchange problem and by providing a simple and practical approach to store and share files by hiding all the cryptographic and key-distribution operations from users. Serving as a gateway, TwinCloud uses two or more cloud providers to store the encryption keys and encrypted files in separate clouds which ease the secure sharing without a need for trust to either of the cloud service providers with the assumption that they do not collude with each other. We implemented TwinCloud as a lightweight application and make it available as open-source. The results of our usability study show the prospect of the secure sharing solution of TwinCloud.

研究动机与目标

• 解决缺乏可用、安全的云文件共享方案的问题，这些方案不依赖于可信的云服务提供商。
• 解决现有客户端加密系统在密钥管理与分发方面的可用性挑战。
• 设计一种系统，隐藏所有密码学操作，使用户无需参与，同时保持强大的安全保证。
• 在不信任任何单一云服务提供商的前提下，实现用户之间的安全共享，假设各提供商之间不共谋。

提出的方法

• TwinCloud 使用两个或多个云服务提供商分别存储加密文件和加密密钥，确保单个提供商无法访问完整数据。
• 采用客户端加密机制，在上传前对文件进行加密，使用对称加密，并通过分布式密钥存储机制管理密钥。
• 系统采用网关模型，自动完成密钥交换与分发，无需用户干预，从而隐藏密码学复杂性。
• 假设云服务提供商之间不共谋，确保即使一个提供商被攻破，数据仍保持机密性。
• 实现采用轻量级密码学操作，并设计为用户与云存储服务之间的透明层。
• 该解决方案已开源，并通过可用性研究进行评估，以验证其实际可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在无需用户手动管理加密密钥的情况下实现安全的云文件共享？
• RQ2 何种架构设计能够在多云环境中实现强安全性的同时保持可用性？
• RQ3 能否构建一个系统，即使一个云服务提供商被攻破，也能确保机密性，前提是各提供商之间不共谋？
• RQ4 与现有方案相比，该系统在真实可用性场景下的表现如何？
• RQ5 隐藏密码学操作对用户采纳率和信任度有何影响？

主要发现

• TwinCloud 成功地将所有密码学操作和密钥分发过程对用户透明，与传统客户端加密系统相比，显著提升了可用性。
• 通过将加密文件和密钥分别存储在独立的、不可信的云服务提供商之间，系统在不共谋假设下实现了强大的安全保证。
• 作为轻量级开源应用的实现，证明了其在真实环境中的可行性与实际部署潜力。
• 可用性研究证实，用户认为该系统直观且适用于日常云共享任务。
• 该架构有效实现了安全与用户管理的解耦，实现了无需密码学专业知识即可安全共享数据。