云存储为用户提供了强大的存储空间和便捷的数据管理服务。用户可以对上传到云端的数据进行访问、更新等操作,能够有效减轻存储负担,降低维护成本。但由于云存储服务提供商与用户不在同一个可信域,无法保证数据安全性。因此,需要云存储服务提供商采用完整性验证技术向用户证明云端数据的完整性,即:采用数据块签名技术得到元数据,构建针对元数据的认证数据结构。验证者首先需要验证认证数据结构中存储的元数据,当元数据完整时,验证者进而验证数据块信息。关键技术主要包括:构建高效且支持动态操作的认证数据结构;设计轻量级的数据块签名算法;确保方案中的实体完全可信且不相互抵赖。其中,认证数据结构是核心问题。因此,设计合理高效的认证数据结构可有效降低方案计算量,节省通信开销,同时提升完整性验证效率。针对上述关键问题,本课题首先设计了一种二叉有序默克尔哈希树Binary Ordered Merkle Hash Tree(BO-MHT)认证数据结构。在每个节点上都存储数据块信息,提高了节点利用率并有效降低了认证数据结构的高度;标识部分中间节点为局部权威根节点,大幅度缩短了认证路径长度;在所有节点都添加版本号标识,来维持节点信息的新鲜性,防止云存储服务提供商的重放攻击。然后,本文设计了一套基于BO-MHT的云数据完整性审计方案。通过优化原理分析,表明BO-MHT复杂度较低,高效地支持动态操作。本文基于离散对数问题DLP(Discrete Logarithm Problem)假设下,证明该方案是安全的。为验证所提方案的完整性审计功能,本课题分别对方案进行理论分析和实验验证,结果表明该方案实现了完整性审计功能,大大降低了方案中各实体的计算量和通信开销,提升了方案的审计效率。为确保方案中的实体的可信性,防止用户随意否认云存储服务提供商所返回证明的正确性,本课题设计了一种具有公正仲裁特性的云数据完整性审计方案。通过引入一个公正仲裁者参与到用户与云存储服务提供商的每一个交互过程,保证双方交互过程的公正性和追踪性,公正仲裁者利用数字签名技术对交互双方的身份进行验证,保证了交互信息的完整性,有效提高系统的安全性。本文结合区块链特性设计了一种日志区块链LBC(Log Block Chain)数据结构,仲裁者采用LBC来构建和管理交互过程中产生的信息。当用户和云存储服务提供商存在差异时,可利用查询LBC来判定非法操作方。通过理论分析,该方案在具有公正仲裁特性,有效地缩短了记录信息长度。