区块链是以交易为基本信息载体,按照时间顺序排列的数据区块链式结构,具有去中心化、防篡改、易溯源等特性。根据隐私权限和应用场景的不同要求,目前区块链技术主要衍生出公有链和联盟链这两个主要的应用平台。公有链最经典的应用是比特币,其交易数据以明文形式存储,这在任意节点都可访问的条件下隐私安全无法得到保障,并且它是以交易吞吐量低下为代价来实现分布式账本的一致性。联盟链最为人所熟知的平台是超级账本,它采取物理隔离等策略来实现隐私保护和性能提升,但却是以区块链账本一致性弱化为前提,这带来潜在的数据安全问题。继续深入研究安全高效的区块链方案,具有十分重要的意义。本论文基于联盟链环境,结合可搜索加密算法,研究并设计了一种交易数据最终以密文形式存储在分布式账本上的区块链方案(简称“密文链”)。密文链保留了公有链方案中普遍采用的分布式账本技术,同时所有交易被要求经过相同的共识机制处理,最终更新并存储到全局一致的分布式账本上。具体而言,本论文的主要研究工作如下:(1)设计了区块链交易数据的密文处理方案。首先,采用一种支持多用户连接关键词检索的公钥可搜索加密方案(mPECK),基于其派生的系统参数生成用于交易处理的公私钥对。其次,引入了关键词集合的概念,对合法交易数据及其关联的关键词集合执行密文处理,设计了针对参与共识的交易密文的状态数据库机制,并绘制了交易和对应区块的数据结构。最后,提供了两种针对区块链上交易密文的检索策略,重点论述陷门检索机制,包括本地陷门的生成、链上的匹配检索和目标交易的本地解密。(2)设计了执行—共识—更新的区块链整体架构。基于超级账本设计理念,引入了背书信任机制和交易功能模块化处理模式。首先,分析了密文链系统模型,论述了密文链的背书节点、共识节点和更新节点的功能特性。其次,设计了适用于密文链的智能合约机制,论述用户合约与交易参与方、状态数据库之间的逻辑关系。最后,重点分析了交易数据在执行、共识、更新和检索四个阶段的处理流程,包括背书节点的故障处理策略,共识节点针对交易密文的验证处理方式,节点依据物理划分在更新和检索方面所采取的不同方式。(3)对密文链进行了性能测试和分析,验证密文链系统的可行性。首先,编码实现了与密文链交易处理相关的核心算法,并采用白盒测试方法,测试了系统参数生成、交易加密、陷门生成和交易数据解密四个模块的计算开销,分析并证明了密文链系统运行具有可行性。其次,分析了交易密文的通信和存储开销,证明mPECK算法运用于密文链能最大程度地节约存储容量,并就交易吞吐量和安全机制两方面与超级账本、比特币进行比较分析,得出密文链在兼顾性能和隐私保护方面具有优势的结论。最后,分析了密文链与云计算、公有链相结合的应用价值。