基于区块链的可溯源访问控制机制.docx
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2022-05-30
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1 引言
随着云计算、物联网、大数据等信息技术的发展，分布在不同域的各种不
同系统、设备之间频繁地互联互通，相互之间数据的访问和流转成为一种趋势 。
在数据访问和流转中，数据的安全性和隐私性成为制约信息技术发展的瓶颈。
访问控制技术为合法的主体在特定的访问环境下授予一定的访问权限，成为保
障数据安全和隐私的主要手段。
现有的基于角色的访问控制机制（ RBAC, role based access control ）基
于 主 体 的 角 色 进 行 访 问 授 权， 基 于 属 性 的访 问 控 制 机 制 （ ABAC, attribute
based access control）基于主体属性、客体属性和环境属性进行访问授权。传
统的访问控制机制大多通过集中授权点进行访问授权，存在单点失效导致整个
控制系统失效以及性能瓶颈等问题，还存在访问过程不可追踪和溯源等缺点。
如何实现访问控制过程的无中心、透明性、可溯源成为访问控制机制急需解决
的问题。
区块链技术允许建立一个分布式、透明的、不可篡改的账本，因此受到越
来越多的关注。自 2008 年被引入加密货币
[1]
以来，区块链技术被广泛应用于物
联网、云计算、大数据等场景
[2,3 ,4,5 ]
。Maesa 等
[6]
将区块链技术引入访问控制中，
通过区块链实现访问控制策略的存储和检索，而访问控制策略的评估通过传统
的访问控制系统实现。文献[7]将基于属性的访问控制策略转化成智能合约（SC,
smart con-tract）并部署在区块链上，通过智能合约实现访问控制策略的评估
和属性管理。上述文献对于如何实现数据访问的可追踪和溯源没有给出很好的
解决方案，同时存在一次授权多次访问的问题。
针对上述问题，本文利用区块链无中心、透明性和不可篡改等优点，以基
于属性的访问控制机制为基础，提出了基于区块链的可溯源访问控制机制。该
机制采用链上和链下相结合的方式，将客体资源存储在链下的数据服务器中，
基于客体存储地址和摘要值生成客体索引存储在区块链上；将访问控制策略以
智能合约的方式部署在客体区块链上，通过执行区块链上的智能合约实现访问
控制过程的透明性，并将访问授权日志和访问日志记录在日志区块链上，在保
障客体隐私性的前提下，实现访问过程无中心、透明性和可溯源。
本文主要贡献如下。
1) 提出了基于区块链的可溯源访问控制机制，把访问控制策略以智能合约
的形式部署在区块链上，访问控制执行和评估通过执行区块链上分布式的智能
合约实现，实现了访问授权的无中心和透明性，有效防止了策略执行点和策略
决策点非法授权或者拒绝访问请求等问题，同时避免了集中授权造成的性能瓶
颈。
2) 为保护客体资源的隐私性，采用链上和链下相结合的方式，客体资源采
用链下的方式存储在数据服务器，基于客体存储地址及摘要值生成的客体索引
存储在客体区块链上，提高了客体资源的安全性和隐私性。
3) 向授权访问主体分发访问凭据，并把访问凭据不可修改地记录在区块链
上。主体在对客体访问时，通过区块链对主体访问凭据的有效性进行验证，实
现细粒度的访问控制，有效避免了一次授权多次访问的问题。
4) 将区块链分为客体区块链和日志区块链，其中日志区块链详细记录了访
问授权日志和客体访问日志，实现访问授权过程的可追踪和可溯源。
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