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基于区块链的隐私保护技术的研究与应用

唐榆程  
【摘要】:区块链技术自诞生以来就由于它本身可追踪、不可篡改等特性成为了学界、产业界研究的热点。随着区块链2.0时代的到来,智能合约赋予了区块链解决更多实际应用问题的可能。然而,由于区块链技术账本公开透明的设计使用户的隐私安全受到了冲击,更为严重的是由于区块链去中心化的特性,使其不能有中心化应用一样的针对隐私泄露的弥补措施。为了满足区块链应用对用户隐私信息的保护需求,近年来已有相关研究人员对区块链隐私保护问题进行了分析,提出了相应的解决方案,为区块链应用的安全落地提供了支撑。本文针对区块链的隐私保护问题,结合社区治理工作的实际应用需要提出针对数据交易和共享的区块链隐私保护方案,主要工作内容、研究成果和创新点如下:(1)提出了基于改进同态加密算法和安全多方计算的区块链隐私保护算法。在Paillier算法的基础之上,优化了它的解密过程,减少了同态加密过程的解密时间。在此基础之上结合安全多方计算中的百万富翁问题和安全求和问题两个基础性问题,提出了安全比较协议和安全求和协议。安全比较协议较已有解决百万富翁问题的百万富翁协议和改进协议在计算复杂度上得到了降低。安全求和协议较已有的基于秘密共享技术的经典安全求和协议在安全性上得到了提升。这两个协议的提出分别解决了两个区块链节点数据在密文状态下的大小比较和多个区块链节点在不透露自己节点数据的前提下安全求和的问题,为接下来智能合约的设计提供了理论基础。(2)设计了区块链隐私保护服务交易智能合约。结合社区治理过程中,居民与社区服务商之间的实际应用需求——服务交易,设计了满足隐私保护需求服务交易智能合约。该合约满足一般智能合约具有的可证实性和不可否性,增加了其他交易智能合约不具有的隐私保护性能。该智能合约被部署到以太坊区块链网络,证实了它的可行性和正确,实验结果表明,该合约确保了交易双方能在不透露自己账户信息的前提下完成交易,多居民节点能在不透露自己的消费数据情况下完成消费统计,满足隐私保护需求。同时交易吞吐量这项性能指标上较采用零知识证明的Zcash更优,且更稳定。(3)设计并实现了基于双层区块链的隐私保护社区治理平台。本平台主要完成服务买卖和数据文件共享两项基本任务。为提升系统效率,平台采用了跨链架构,把服务买卖这项有较多交互的任务放到了服务买卖联盟链,数据文件共享放到了社区治理联盟链。同时为了实现跨链数据的安全共享,本文提出了跨链数据共享隐私保护方案,通过在双链之间设计的超级节点完成社区治理联盟链中的工作人员对服务买卖联盟链中的消费数据的可控获取。本平台将完成注册与登录、服务交易、数据文件获取、数据文件传输与下载等主要功能,并对各功能进行了展示。


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