安全多方计算在区块链中的应用

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现如今区块链技术快速发展,但其中又存在着大量的安全隐患,区块链数据安全问题日益严重。安全多方计算是指在没有可信第三方的场景下解决数据的隐私保护问题,与区块链去中心化的思想不谋而合,将安全多方计算与区块链相结合,能有效解决区块链上的隐私保护问题,同时区块链的可验证、不可篡改等性质为安全多方计算解决了数据鉴定、阻止恶意行为等难题。本文将安全多方计算与区块链结合,设计了三个区块链上的隐私保护方案,研究工作如下:(1)在区块链交易模式上,本文设计了一个区块链交易无中心门限签名方案,解决了单节点私钥丢失或缺少个别参与者签名的问题,并具有去中心化、参与者权重相同、计算效率高等优势,适用于多人合作管理钱包等应用场景。我们利用了Shamir门限方案和椭圆曲线签名算法,在现有的区块链交易签名方式上进行了改变,使得一笔区块链交易需要多方进行签名,并且参与者人数只要达到设定的门限值之后即可完成签名。该方案每个参与者需要有L(n+1)比特的大小的存储空间,总的存储空间为L(n~2+1)比特,计算复杂度为n+2t+3次椭圆曲线乘法运算,比现有的数字签名方案效率更高、更实用。(2)在区块链结构上,本文采用了链上-链下相结合的思想,对区块链框架进行改进,我们将海量数据存储在链下,以此节省区块链数据大量分布式存储消耗的空间,而链上则保留区块链基本数据,以保证区块链的基本性质和维持区块链正常运行。我们以链上-链下框架为基础,将安全多方计算运用到其中,以便更好的完成区块链用户、数据的隐私保护。链上-链下数据存储框架中,链上存储空间仅需为1024nt+521比特,链下每个重加密节点需要512nt比特的存储空间。在区块链数据保密查询方面,本文设计了一个区块链数据保密查询的不经意传输方案,该方案将区块链与不经意传输结合,保护了区块链用户双方的隐私,同时区块链的可验证性和公开性使得该方案具有抗击恶意节点的功能。用户数据在传输时,区块链用户双方共需要2n+2k+2次椭圆曲线乘法运算和2轮交互。(3)本文提出一个抗恶意节点攻击行为的具体应用——保密计算汉明距离。利用椭圆曲线加密算法设计了一个高效的半诚实模型下汉明距离的保密计算协议,针对协议中可能的恶意行为,利用分割-选择和零知识证明方法,又设计了一个恶意模型下的汉明距离的保密计算协议,分析了恶意敌手攻击成功的概率为(2n·Cm-nm/2)/(m·Cmm/2),并利用理想-实际范例的方法证明了协议的安全性。该协议能够阻止或发现区块链中的恶意行为,抗击恶意敌手攻击,具有实用价值。在计算效率上,本文设计的半诚实模型协议需要15L次椭圆曲线乘法运算,恶意模型下的协议需要30L+20m+14次椭圆曲线乘法运算。
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