云计算是分布式计算、并行计算、网格计算等概念的发展和应用。利用云计算技术,云服务提供商可以在数秒之内处理数以千万甚至亿万的信息,从而把计算和存储资源以服务的形式通过因特网提供给用户。特别是在基于云服务的商业模式中,云服务提供商与用户之间互不信任,这使得在云环境下,实现数据公平交换与安全共享变得极为困难。用户在享受这些服务的过程中,不可避免面临一些安全的问题。首先,云服务提供商在完成计算任务之后,如何实现计算结果与支付凭据的公平交换,这是面临的安全挑战之一。其次,云服务提供商在提供服务之前,需要与用户之间签订服务合同,如何通过云环境进行数字签名数据的交换也是我们面临的问题之一。最后,用户通过云服务提供商所提供的存储服务进行数据的交换,实现资源共享的时候,如何保证数据的安全性也是我们考虑的问题之一。区块链技术是信息技术领域兴起的一项新兴技术,是构建价值互联网的基础。它是由包括分布式数据存储、点对点网络、密码技术等多项技术融合而成的信息技术,具有去中心化、开放性、自治性等特性。它的去中心化信任的性质为我们实现数据的公平交换提供可行的解决方案。同时,它的分布式存储以及数据不易篡改的特性也非常适用于设计数据的安全共享方案。在本论文中,我们研究基于区块链的数据公平交换与安全共享中的关键问题。主要包括:如何实现外包计算中计算结果与支付凭据数据的公平交换,如何实现云环境中三方签名数据的交换,如何实现云环境中的多群组数据安全共享。具体来说,主要成果总结如下:1.我们设计了一个基于区块链的公平支付方案,解决了外包计算中计算结果与支付凭据的公平交换问题。该方案采用基于区块链的密码货币技术,利用区块链中交易特殊的语法结构,解决了外包计算中的支付问题,保证了协议的公平性。此外,我们采用了基于承诺的选样算法取代原有方案中的“ringer”,实现了计算结果验证,方案的效率也优于现有的方案。2.我们设计了一个基于区块链的合同签署方案,解决了签名数据的公平交换问题。利用区块链去中心化信任的性质,消除了中心化的可信第三方,实现了去中心化的数字签名数据的公平交换。结合门限技术和可验证加密签名技术,所提出的方案能在仅有一个参与者是诚实的情况下,保证多方合同签署的公平性。采用在链上交换秘密因子,在链下验证签名的方式,保护了合同内容的隐私性。3.我们设计了一个基于联盟链的多个群组数据共享方案,解决了多个群组的数据安全共享问题。在所设计的方案中,将数据的验证信息记录在区块链上,消除了第三方审计机构,实现共享数据的可验证性。同时,由于链上的数据是公开的,为了保护用户的隐私性,采用群签名技术,实现了用户身份匿名性,而且恶意用户又可被追踪。此外,为了保证追踪过程的公平性,群主在追踪用户身份之前,需要向区块链发起追踪请求,达成共识之后才能追踪恶意用户的身份,从而限制了群主的权力。