基于双联盟链的多方数据共享智能合约研究

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随着国家大数据战略的持续深入推进,以电子政务、医疗健康等行业为典型代表的大数据应用给经济社会发展、国家管理、社会治理、人民生活带来重大而深远的影响。然而,在不同领域数据汇聚不断加强的过程中,跨域数据共享中的隐私保护问题也成为了一个重大的隐患。此时通常需要引入一个可信第三方将不同来源的数据进行融合,并从全局层面执行部分隐私保护操作。区块链虽然可以很好地代替可信第三方实现安全可靠的跨域数据共享,但现有区块链中的联盟链与智能合约技术还存在较大的安全隐患和性能限制,无法直接应用在大数据跨域数据分析场景。因此,需要对其安全性、扩展性和可行性进行研究分析。目前,基于联盟链的多方数据共享方案都存在一定的问题。例如利用代理重加密机制实现数据的访问控制,但未考虑联盟链对于密钥的存储压力;利用同态加密实现数据的密文计算,而未考虑到伴随同态加密而出现的算力消耗;以及现有联盟链数据多方共享方案无法实现交易数据来源的安全验证问题。针对上述问题,本文对基于联盟链的多方数据共享进行了研究与分析。具体的,本文主要研究内容包含以下3个方面:(1)针对大数据场景下的基于联盟链的数据共享问题,提出了一种基于双联盟链的多方数据共享框架。将数据买家和数据卖家群体分割成两个联盟链,引入公证人节点,以智能合约为工具,并利用IPFS集群存储所需数据,有效地杜绝了数据卖家的本地数据隐私泄露风险。结合具体的联邦学习数据分析场景,本文提出了一种基于双联盟链的多方数据共享方案,通过对比分析,验证了本方案能有效防止如中间人攻击、重放攻击、51%攻击与女巫攻击等。通过实验分析其时间消耗,验证了本方案在实际场景下具备一定的可行性和可实施性。(2)针对联盟链中交易数据来源验证问题,提出了一种基于零知识证明的交易数据来源验证机制。将基于非对称加密的身份认证和基于Pedersen承诺的零知识证明应用到联盟链上,使得聚合节点不与任何其他节点交互的情况下,即可验证数据交易参与方的身份和交易的真实性,且无法得知交易方的隐私信息,从而提高联盟链系统的安全性。通过实验分析,验证了本机制具备有效性和可行性,且适用于批量聚合承诺验证。(3)根据以上提出的双联盟链多方数据共享框架和基于零知识证明的数据验证机制,考虑联盟链的平台特性和零知识证明的方案特点,设计并实现了基于双联盟链的多方数据安全共享系统。本文从系统设计、环境配置、功能验证、性能验证四个方面对系统进行了阐述与展示,最终表明,本系统在现实场景下具有一定的可行性和可用性。
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