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基于区块链的学业信息隐私保护方法与系统

邓少华  
【摘要】:教育信息化提高了教学过程的效率和教育资源的共享能力,但信息化教学或管理产生的大量数据让学生隐私保护工作面临更大的挑战。学生学业信息关乎学生个人隐私,在隐私保护问题日益突出的现在,需要一种兼具安全性、可靠性和隐私保护性的系统来存储和管理。区块链是一种将交易记录数据块按时间顺序依次链接而成的数据结构,利用密码学算法、经济学设计和分布式网络技术等保证区块链上数据的完整性、可追溯和不可篡改。利用区块链技术的特点和优势,本文提出了一种基于区块链的学业信息隐私保护方法,这种隐私保护方法用区块链技术来保证数据的完整和可信,整合多种加密算法来解决区块链上数据的隐私保护问题。根据学业信息安全存储与可控访问的实际需求,本文设计和实现了基于区块链的学业信息隐私保护系统。为了加强数据的机密性,本文使用了多种加密算法,将学生学业数据在本地客户端加密后保存密文至区块链,从客户端到服务端再到区块链账本学业数据一直处于密文状态。本文首先设计了学生学业数据模型,学生学业结构化数据可以分为两类:字符型和数值型。字符型数据使用AES对称加密算法加密,而数值型数据,比如学分、分数,除了安全存储还有计算使用的需求,因此使用Paillier同态加密算法加密数值型数据,同态密文可以进行密文计算,避免了服务端解密计算过程中信息泄露危险和客户端解密再计算的繁琐操作。为了实现学业数据向授权的用人单位等第三方机构共享,本文设计了一种可信数据共享机制,对学业数据的加密密钥进行再加密,使用Umbral代理重加密实现密文的转换,从而使被授权人可以使用私钥解密密文。为了解决加密数据检索问题,本文将CryptDB密文数据库与区块链技术相结合,用密文标识实现了根据学生学号查询学业数据密文的功能。本文对学业信息隐私保护系统的设计进行了详细说明,系统基于Fabric联盟链,依照MVC设计模式进行GoWeb应用开发,用WebAssembly实现前端加密的复杂计算。实验结果表明,系统具有良好的可用性和可靠性,满足学业信息隐私保护的要求。本文提出的隐私保护方法解决了学业信息隐私保护的实际问题,但是其价值不限于此,本文内容也为解决区块链架构本身的隐私保护难题提供了思路。


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