智慧校园教育云数据安全风险防控策略研究基于双层认证的数据去重方案

一、研究背景

当下，国内外学者在智慧校园数据安全去重方面已获一定成果，但仍面临诸多问题：传统数据去重技术多依赖可信第三方，这既提升了系统复杂程度，又可能引发单点故障风险，造成数据去重与安全性之间的矛盾。对用户属性影响数据共享的情况考虑不周，使得高隐私数据可能因密钥共享不合理而泄露。同时，职业院校在数据安全管理方面缺乏统一规范和框架，面对动态变化的安全威胁时应对乏力，管理标准化建设有待提升。

对于未充分考虑用户属性对数据共享影响的问题，尤其在职业院校中，师生隐私数据（如财务信息、学籍档案）的共享需严格遵循属性相似度原则。本研究以学校智慧校园建设为实践背景，提出一种无需可信第三方参与的双层认证数据去重方案。该方案通过双线性映射构建数据标签，结合用户属性动态调整密钥共享策略，实现对教育云数据的高效去重与安全防护。

二、方案设计

在本方案构建的系统模型中，核心包含云服务器与用户这两个实体，系统运用基于角色的访问控制（RBAC）机制划分权限，以此确保数据操作严格遵循规范。云服务器拥有庞大的存储容量和计算能力，提供云存储服务以及实现重复数据删除，能有效优化存储资源利用。用户则是出于节省本地存储空间的目的，将数据外包至云服务器，在系统支持下可进行数据上传、下载和撤销等操作。不过，系统存在内部、外部攻击者两类潜在风险。内部攻击者指云服务器，其执行用户请求却又试图获取更多加密数据信息，所以必须防止其访问明文信息以保障数据隐私。外部攻击者主要是恶意用户，尤其是数据访问权限被撤销的用户，他们无法再以合法身份进行数据下载等操作，还有未经授权的用户妄图伪装成合法用户，他们通过与云服务器交互来猜测合法用户上传的数据，进而获取部分上传数据信息。

本方案借助双线性映射生成数据标签，以此达成所有权验证（Proofof Work，PoW）；同时，充分考量用户属性因素，引入安全证明（Proof ofSecurity，PoS）理念，以此约束用户间的密钥共享行为，采用双层认证机制，显著提升数据的安全防护水平。在云服务器端，运用基于密文属性的加密技术对密文进行二次加密，进而实现用户的访问控制与权限撤销，确保系统具备前向安全特性。

三、安全性分析

1. 标签安全性

在本方案中，用户计算数据标签，云服务器基于该标签检测数据重复性。分析并证明数据标签的唯一性，其中， σ_ε 是一个极小的数， {pk_i,sk_i} 是用户U_i 的公私钥对。

引 理 1： 哈 希 函 数 是 抗 冲 突 的， 对 于 数 据 M ， M^′ ， 若H(M)=H(M^′) ，存在 M≠M^′ 的概率可以忽略不计，即

定理 1：用户 U_i 和 U_j 分别数据持有 M 和 M^′ ，若生成的数据标签 和 相同，则 M=M^′ 。即，存在M≠M^′ ，使得 的概率可忽略不计。

证 明： 使 用 反 证 法 进 行 证 明。 假 设 存 在 M≠M^′ ， 使 得 。即：

不失一般性，根据引理 1，如果 H(C₁)=H(C_1^′) ，则 M=M^′ ，这与假设相矛盾，因此假设无效。以上内容证明数据标签的唯一性。

PoW 安全性

将数据标签 T_F 用于 PoW 认证，攻击者尝试对用户上传的数据标签 进行离线穷举攻击，攻击者已知群 G 的生成元 g ，公钥 P_k 和大素数 P 。

引理2：离散对数问题（DLP 问题）：群 G 为大素数P 的乘法循环群，g 为生成元，给定 Q=x^P∈G ，计算 ；

引理 3：Diffie-Hellman 问题（CDH 问题）：群 G 为大素数 P 的乘法循环群，g 为生成元。CDH 问题可以描述如下：给定 g,g^a,g^b∈G ，a,b∈Z_p^* ，计算 Q=g^ab∈G 。

定理2：数据标签可以抵抗攻击者的离线穷举攻击。

证明：设计一个Game 来模拟攻击者对数据标签的攻击过程。

Game：

穷举明文数据集 {M_i} ，计算明文哈希值集合 {H(M_i)},M=n ，其中 i∈[1,n] ；

穷举密文数据集 {C_i} ，计算密文哈希值集合 {H(C_i)},|M|=n ，其中 i∈[1,n] ；

穷举私钥集 {sk_j},|sk|=s ，其中 j∈[1,s] ，

使用双线性映射构造标签集合：

将上述标签集合的计算结果与 T_⋅F 逐一比较，并确定是否存在与之相等的值，如果存在相等的值则证明 M_i=M,i∈[1,n] ，攻击者赢得该游戏。

从引理 2 可知，即使用户 U_i 的公钥 pk_i 是已知的，CS 猜测其私钥 σ_ski 也是困难的。从引理 3 可知，已知 和 计算 是不可行的。故攻击者是无法执行第四步，攻击者无法赢得该游戏，即证明 PoW 是安全的。

四、 结语

本文提出的双层认证数据去重方案，为解决智慧校园教育云数据安全中的关键技术难题提供依据，还为职业院校信息化建设提供了可复用的安全管理范式。未来将结合职业院校智慧校园的动态访问控制需求（如教务处、学生工作部的权限差异）和跨平台协同挑战（如与教育主管部门系统的接口安全），进一步优化方案。

参考文献

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