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基于区块链的隐私保护关键技术研究

张洪玮  
【摘要】:在日益开放的网络时代,大数据、4G/5G、物联网等技术得到了蓬勃发展。互联网已逐渐打破传统的模式,开始走向动态、异构的新兴互联方式。不同网络的各类应用日益普遍,给国家、社会及个人带来了极大便利,如政务、管理、金融、网购、社交等领域,但同时也给各种敏感数据的隐私保护带来新的技术挑战。随着数据量的不断增加,数据挖掘技术不断深入,用户在享受服务的同时如何保护隐私不被泄漏是一个亟待解决的问题。隐私问题几乎覆盖了互联网的各个角落,并逐渐成为阻碍互联网技术进步的巨大绊脚石。本论文分析当前隐私保护的发展现状,从隐私保护技术的关键问题着手,结合散列函数、非对称加密、同态加密等理论,利用区块链技术的可追溯性、去中心化及不可篡改特性,针对数据共享过程中的隐私保护、身份认证过程中的身份隐私保护及群智感知过程中的双重隐私保护展开深入研究与探索,主要研究成果如下:(1)提出一种基于双链结构的去中心化数据共享隐私保护模型。针对共享数据的存储和检索需求,提出基于域索引的存储索引智能合约,所有数据提供常规和加密两种存储方式,所有提供者可对待共享数据基于元数据建立索引,并通过区块链来公开发布的方式为数据发布提供高效安全的自动执行机制;提出了共享智能合约,需求方利用该智能合约向提供者请求数据并由提供者完成计算,以此有效保证数据提供者对数据的绝对控制权;为保障数据需求者的共享权益,建立了基于主观逻辑的声誉判定机制,为需求者提供各个共享节点的先验知识;同时,提出了基于区块链的仲裁机制,当共享双方对共享结果产生质疑,系统执行仲裁委托节点选举算法选出仲裁联盟,由仲裁联盟执行仲裁选择算法选择出仲裁委托节点,仲裁委托节点向数据共享双方索取数据并本地执行得到结果,最终作出公平合理的判定。(2)研究身份认证隐私保护技术,提出一种基于联盟区块链的无密钥身份隐私保护模型。针对身份认证中认证方与被认证方之间的通信安全需求,提出一种基于联盟区块链的去中心化无密钥签名模型,被认证方利用一次性口令动态变换通信密钥,并结合时间戳来保证密钥的前向安全,同时,被认证方通过区块链网络发送请求并接收响应,以进行数据传输操作,认证方利用非对称加密算法生成密钥,并通过区块链的一致性策略来相互验证身份,从而保证身份隐私;在基于区块链的隐私模型中,设计一种去中心化的安全共识机制,将区块链转变为自动访问控制管理器,无需任何可信第三方的参与;在共识验证过程中,为了减少共识时间,保证系统运行效率,提出了共识节点选取算法,从而降低了共识的时间复杂度。基于智能电网应用场景,对所提模型进行了安全性和性能分析。(3)面向群智感知领域,针对群智感知中感知用户对系统的身份隐私和数据隐私需求,以及由此引起的感知过程中的隐私问题,提出一种基于区块链的双重隐私保护机制——FAB-D2PIM。基于单向聚合签名为感知用户设计了身份隐私保护方案;基于同态加密提出了感知数据隐私保护方法。在保护感知用户的身份和数据隐私同时,该机制提出了基于区块链技术的分布式共识算法,引入除感知用户和任务发布者之外的新角色矿工,矿工利用共识算法验证数据质量并分配奖励,由于矿工不参与感知数据的采集,且所有的验证和操作都会通过区块链网络共同完成,从而有效保证了验证的可靠性和奖励分配的公平性。


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