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一种基于区块链的泛用型数据隐私保护的安全多方计算协议.docx
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2022-06-10
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一种基于区块链的泛用型数据隐私保护的安全多方计算协议.docx
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摘 要 近年来,如何合理有效地在区块链上实现用户隐私数据保护是区
块链技术领域的一个关键性问题 针对此问题,设计出一种基于
承诺与 协议的安全多方计算协议
,通过构筑该协议
架构并进行形式化证明演算,表明了该协议能够融入区块链网络、能
够在匿名情况下合并不同隐私消息并进行高效签署的特点此外分析了
协议的性质与安全性,证明了在区块链中应用 协议的泛用型隐
私计算方案计算上的低算力开销并具备良好的信息隐蔽性最后对协议
进行实验仿真,结果表明:在小范围人数固定的多方计算中
协议验签的时间成本比当前主流的 签名节省约 !"
关 键 词 区 块 链 ; 隐 私 计 算 ; 安 全 多 方 计 算 ; 承 诺 ;
签名; 签名
自中本聪 #$$ 年提出比特币以来,区块链作为一种跨行业应用的
突破性底层技术,得到了飞速的发展与大数据、云计算、人工智能等
当前流行的信息技术相比,区块链去中心化、难篡改、可追溯、公开
透明等特性更能满足人们日益增长的需求
%&'
然而,随着学界研究的不
断深入,越来越多学者发现,在基于区块链技术的去中心化账本中用
户的信息是很容易被追踪的陈伟利等人
%#'
就通过研究发现,用户隐私
信息的窃取与其用户地址信息的泄露多少是有很大关联的基于环签名
的数字货币门罗币,也曾被 ( 等人
% '
通过追踪用户签名私钥的方
式攻破了隐藏交易,从而对交易发起人的隐私信息造成了很大的威胁
除此之外,大多数区块链交易所也都集成了中心化身份验证机制,用
户的个人信息和区块链的地址之间映射关系会理所当然地被交易所记
录下来在大数据技术运用下,用户的交易信息和行为被破解的风险也
就会激增#$&) 年 *+ 等人就利用自动聚类法分析出用户与其比
特币地址间的关联关系,提出了用户不安全的比特币使用模式
%,'
因此,区块链技术的安全问题也越来越受到重视如何合理高效地
做到用户身份信息及交易数据的隐私保护是当前区块链技术领域在安
全方面的一个关键问题如在医疗健康服务行业,如何安全高效地解决
个人医疗健康数据共享问题同时保证个人数据的隐私;再如在货运物
流行业,如何与多方货物供应商快速建立信任关系,保证优质长尾资
源同时确保交易信息不被窃取篡改等随着技术的不断更新与迭代,安
全多方计算的出现为解决此类问题提供了可能途径
在当前区块链安全多方计算的研究中,区块链科技服务商 -. 利
用区块链以及可信计算搭建了帮助企业能够实现联合风控的系统架构
但效率、透明度上还存在一些问题;宋俊典等人
%!'
提出了一种基于区块
链的数据治理协同方法,并给出多方协作的构建标准以实现区块链协
同治理,但是隐私安全上却并没有给出较为具体的分析策略结合上述
文献并从当前技术发展趋势来看,要提升效率的同时做到有效的隐私
保护,设计一种匿名条件下对多方消息进行合并签署并高效验签的安
全多方计算协议势在必行其实早在 #$$& 年就出现了可对不同消息进
行合并签署并验证的 方案
%/'
,并且近些年该方案主要提出者
教授仍在更新这种签名方案
%)'
以适配当前安全多方计算的研究
发展不过由于 签名自身独有的运算逻辑导致其过于依赖有限域中
椭圆曲线上的双线性对0运算且运算次数较多
%1'
,这
导致在相同签名条件下, 签名甚至要比当前以太坊*
广泛使用的 *2-3 签名验签花费的时间成本多上 倍
本文在已有的研究基础上,为了对不同消息进行合并签署并验证,
在现有聚合签名基础上提升签名验签的效率,同时加强敏感数据的隐
私性和匿名性,参照了 4 的 承诺加 签名方案
%&$'
,
设 计 出 了 协 议 , 一 种 区 块 链 上 融 合 承 诺 与
协议的安全多方计算协议通过对该协议进行形式化验证,证
明了 协议能确保信息在不被泄露情况下证实签名的合法有效
在此之后,利用此协议设计相关实验构建了一个半诚实者模型下的签
名验签程序实验主体逻辑是通过对验签不通过的签名进行舍弃,验签
通过的抽离出相关签名信息交由链上合约使用承诺时的盲因子和宣告
进行解析,得出统和意见后处理事务并公布结果,保证签署消息的合
理性、匿名验签的高效可行性实验结果证明,在相同验签条件下基于
协议构建的签名比 签名在验签上能节省约 !"的时间
成本
1 基础知识
本 节 主 要介 绍 协 议所 涉及 的 基 础知 识 , 包括 承 诺 、
协议以及安全多方计算
1.1 Pedersen 承诺
目 前 隐 私 保 护 方 案 中 使 用 较 为 广 泛 的 密 码 学 承 诺 之 一 便 是
承诺
%&&'
与常见的 5 承诺相比, 承诺具备同态
特性,可直接对密文消息进行操作,即无需破坏敏感数据源就能实现
隐匿计算
在 区 块 链 中 , 椭 圆 曲 线 加 密 *2+20
*22是基础技术之一而基于椭圆曲线的 承诺
%&#'
则是一种构
造范围证明的重要手段对于一次 承诺,示证者 A 向验证者
B 发出关于隐私消息 m 的承诺后,再由 B 验证承诺合法性的过程如图
& 所示从图 & 中可以看出,该承诺实现方式为:承诺的准备阶段在椭
圆曲线上选取 # 个以某个大素数 p 为阶的基点 GH,作为承诺生成时
的公共参数然后在承诺的产生阶段,由 A 产生一个随机数 seed,通
过 seed 按照如下公式计算承诺 Commitment 并将其发送给 B:
Commitment6m7G8seed7H
&
其中,7表示有限域上离散对数运算的二元关系
90&+
图
&
基于椭圆曲线的
承诺交互过程
在验证阶段,B 将会再次接受 A 从匿名信道发送过来的验证参数对
m , seed 并 按 照 式 & 计 算 承 诺 Commitment: 通 过 比 较
Commitment 与 Commitment:是否相等即可判断承诺是否正确合法
在此过程中,对于验证者 B,表征在区块链上就是一个验证承诺的智
能合约,也就是由合约获取验证参数进行承诺验证,在一定程度上保
证公示结果正确不被篡改
至于应用方面, 承诺在当前的基于 ; 协
议的交易输出中包含了约 的 承诺内容以实现保密交易,
并结合 的零知识证明体系消除对地址和私钥依赖以实现
轻量级的隐私保护
%& &,'
承诺已在数值隐藏、恒等关系验证以
及审计验证等方面发挥着不可或缺的作用
1.2 Schnorr 协议
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