【摘 要】
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传统公钥基础设施由于集中式特性,存在单点故障、证书认证机构（Certification Authority,CA）操作不透明等问题。随着区块链技术的兴起,使用区块链对公钥基础设施进行去中心化改造成为了近年来的一个研究热点。在现有研究中,基于区块链的公钥基础设施大多利用区块链存储数字证书,这带来了两方面的问题,其一,由于区块链上的数据只增不减,在链上数据过多时证书查询效率低;其二,由于区块链上的数据
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传统公钥基础设施由于集中式特性,存在单点故障、证书认证机构（Certification Authority,CA）操作不透明等问题。随着区块链技术的兴起,使用区块链对公钥基础设施进行去中心化改造成为了近年来的一个研究热点。在现有研究中,基于区块链的公钥基础设施大多利用区块链存储数字证书,这带来了两方面的问题,其一,由于区块链上的数据只增不减,在链上数据过多时证书查询效率低;其二,由于区块链上的数据公开透明,数字证书中扩展区域的敏感数据未做隐私保护处理直接存储于区块链上,极易造成敏感身份信息泄露。针对以上问题,本文对基于区块链的公钥基础设施进行了深入研究,主要内容如下:（1）利用区块链技术改造公钥基础设施系统。以分布式CA节点作为区块链网络中的矿工节点处理证书请求并颁发证书,以区块链作为证书库存储证书,构建了去中心化的公钥基础设施模型,提升了公钥基础设施的安全性。在此模型的基础上,通过＜证书ID,证书Hash＞键值对为每个区块内存储的证书构建默克尔压缩前缀树（Merkle Patricia Tree,MPT）索引,设计基于MPT索引的证书查询算法,提升了链上证书的查询效率。（2）提出了基于密文策略属性基加密（Ciphertext-Policy Attribute-Based Encryption,CP-ABE）算法的隐私保护方案。数字证书扩展项中的敏感身份信息使用CP-ABE算法进行加密,证书持有人可自主设定访问控制策略决定可以访问身份信息的人,实现了证书持有人对身份信息的自主控制。安全分析表明,所提方案能够有效保护证书持有人的身份隐私。（3）结合以上方案,设计并实现了一个具有隐私保护功能的链上公钥基础设施系统。系统主要包括证书管理模块、证书查询模块以及隐私保护模块。证书管理模块提供了证书注册、更新及撤销功能;证书查询模块提供以证书ID为搜索键的链上证书查询功能;隐私保护模块用于加密证书持有人的敏感身份信息,并且为证书依赖方提供属性私钥申请的功能。功能测试及安全测试结果表明,系统运行正常,并具有较高的安全性。性能测试结果表明,本系统交易吞吐量优于其他基于区块链的公钥基础设施系统,能够满足高并发环境下的用户需求。
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