基于区块链和CP-ABE的大数据安全共享技术研究

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在现在的大数据时代,海量且多样的数据信息具有很高的商业价值,会增加不法人员窃取数据信息进行犯罪的可能性,因此如何实现数据安全共享极其重要。云计算的发展为数据提供了存储功能,用户之间通过云服务器进行数据共享。为实现数据安全共享,大多数采用基于密文策略的属性基加密算法,用户将访问策略写在密文中,只有满足访问策略的用户才可以访问相应的数据。但存在以下三个问题:首先,访问策略以明文的形式存储在云服务器中,恶意用户通过属性信息可以推测出与用户相关的隐私信息,导致用户隐私的暴露。其次,当用户属性发生撤销时,应当设置用户不能再次访问之前的数据信息,同时也应该降低用户之间合谋得到相关属性而再次访问数据的可能性。最后,半可信的云服务器数据存储操作,对于用户来说不能确保其将数据正确存储,对于数据请求者来说不能确保其返还数据的真实性。近年来,去中心化的区块链技术为数据存储与共享提供了更好的技术支持。区块链技术的公开透明、不可篡改等特性能够有效保证交易数据的真实性,在联盟区块链的应用中,节点遵照实用型拜占庭容错共识机制达到对交易数据的正确性验证,能够有效解决数据不可信的问题。而在数据共享过程中单纯使用区块链存储数据,会导致区块链系统存储负担过重,通常将云服务器作为第三方数据存储中心,区块链存储数据摘要信息。但实用型拜占庭容错算法效率较低,期望能够进行改进提高共识效率。针对上述问题,本文提出了以下解决方案:(1)针对原始实用型拜占庭容错共识算法共识时延高、通信开销大和主节点选取随意的问题,提出了一种基于可验证随机函数的分组PBFT算法方案。首先,通过对分组共识中节点通信总次数的分析,确定最优组数,结合可验证随机函数实现对节点的随机化分组,使分组结果不可测。接着,引入可信度的概念,根据组内共识阶段的节点事务完成度与响应时延计算可信度值,选取可信度值高的节点作为主节点。最后,对方案的分析与实验表明,较原始PBFT算法,有效降低了共识时延,并且提高了系统通信效率与吞吐量。(2)针对访问策略隐私性、用户属性动态变化以及数据不可信的问题,结合上述改进的PBFT算法,进一步提出一种基于区块链且支持策略隐藏与撤销的属性基加密方案。首先将多值属性“与”、“或”门的访问策略转化为访问树的形式实现策略隐藏,避免用户属性信息泄露。其次,利用属性组密钥技术实现用户属性的即时撤销,并且保证了密文长度恒定。接着,由区块链存储数据摘要等信息,使用改进的实用型拜占庭容错共识算法高效实现节点对交易数据的正确性验证。最后,方案基于DBDH假设,在标准模型下被证明是安全的,并且方案具有抗共谋攻击性,在保证方案具有较强的功能性的同时具有较好的加解密计算开销。
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