基于区块链的安全可信数据共享方案研究

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云服务能够为用户提供近乎无限的存储空间和计算资源,为数据共享的发展提供了重要的基础设施。然而,由于云服务中潜在的安全威胁,以及服务提供商并非完全可信,导致基于云存储的数据共享出现了新的安全性挑战,主要体现在以下两个方面:即数据存储和共享过程中的数据隐私性问题以及用户检索结果的可信性问题。在大数据时代,数据作为个人财产,用户并不希望因为数据泄露而导致个人隐私受到威胁。同时,在数据共享过程中,由于查询请求的敏感性,查询请求的泄露同样会严重威胁到用户的隐私。因此,如何保证数据共享中的隐私性是一个非常关键的问题。其次,由于网络故障、服务异常,甚至是云服务器的不诚实执行,都会导致检索结果的不正确。所以实现安全可信的数据共享仍然是当前数据共享领域研究的热点。数据加密是保护数据安全性的一种根本方法,实现基于密文的高效检索为解决数据安全性、隐私性和可用性之间的矛盾提供了一种可行的方法。区块链作为比特币的关键技术,是一个完全去中心化的系统,其链上交易内容不可篡改且公开可验证,独特的链状结构还可以对交易进行追溯,能够在没有可信第三方存在的网络环境中实现可信交易,为解决目前数据共享的安全性以及数据检索的可信性问题提供了新的机遇,受到金融、医疗、教育等各个领域的广泛关注。本文基于区块链技术提出了两种安全可信的数据共享方案,实现了对数据安全和查询隐私的保护,同时在不需要依赖可信第三方的情况下,实现了对数据检索结果的可信验证。本文的主要研究内容如下:1、利用密文策略基于属性的加密(Ciphertext Policy Attribute-based Encryption,CP-ABE)、公钥可搜索加密和区块链技术,提出一种安全可信的多用户授权数据共享方案。(1)采用CP-ABE技术实现对数据的安全保护、访问控制和多用户共享,降低数据拥有者重复加密带来的存储、计算和通信开销。(2)利用基于关键字的可搜索加密技术,实现对数据查询请求的隐私性保护,同时提高密文检索效率。(3)通过将密文检索的执行过程从云服务器转移到区块链以及签名验证的方式,保证密文检索结果的正确性和完整性。2、利用可逆布隆过滤器(Invertible Bloom Filter,IBF)、k-out-of-n不经意传输(k-out-of n Oblivious Transfer,OTnk)、对称可搜索加密和区块链技术,提出一种安全可信的可验证动态数据共享方案。(1)将IBF存储到区块链,实现不依赖可信第三方对云服务器返回的检索结果进行正确性和完整性验证。(2)对数据库进行更新后,仍然能够保证验证结果的正确性,且对云服务器的不诚实行为可以进行追溯问责。(3)利用OTnk实现数据拥有者与数据请求者之间的交互,保证在不泄露数据请求者查询隐私的前提下从数据拥有者处获得解密密钥。
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