基于区块链的学业信息隐私保护方法与系统

发布时间：2020-12-24 23:09

　　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Pa... 

【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１论文结构图??６??

＃硕士学位论文??ＭＡＳＴＫＲＳＴＨＫＳＩＳ??２．１．２?Ｐ２Ｐ?网络??Ｐ２Ｐ?（Ｐｅｅｒ－ｔｏ－Ｐｅｅｒ）?Ｉ２２】网络是一种点对点的对等网络架构。目前占主导地位的??网络结构是客户端－服务器模式，如图２．２所示，这种网络结构中有客户端、服务器??两种角色，服务器作为一个中心为客户端提供服务。在Ｐ２Ｐ网络中，没有了中心服??务器的角色，每个节点即作为客户端享受其他节点提供的服务，也发挥着服务器的??功能，节点之间是平等的，如图２．３所示。这种去中心化的方式使得权力不再集中??于某一个中心服务器，而是分散在众多网络节点上。??区块链技术正是利用了?Ｐ２Ｐ网络非中心化的特点，将数据存储复制多份存储在??多个节点上，形成了分布式的记账方式。因为分布式结构，如果攻击者试图篡改账??本，则需要更改所有节点存储的副本，只更改单个节点上的副本毫无作用，这样增??加了恶意攻击的成本和难度。这种对等网络结构让区块链具有去中心化、可扩展、??健壮性的特点。??Ａ?ｋ．??客户端?涔户端??图２．２客户端－服务器网络??９??

？硕士学位论文??Ｍ?ＡＳＴＥＲ．Ｓ?ＴＨｔＳＩＳ??Ｖ／？Ｖ．??愈??‘■▼站、??图２．３?Ｐ２Ｐ网络??２．１．３共识机制??区块链分布式的存储方式需要在互不信任的节点之间达成共识，保证每个账本??记录的数据相同，目前主要的共识方法有：??（１）工作量证明（Ｐｒｏｏｆｏｆｗｏｒｋ）【２３］是比特币网络中使用的一种共识策略。在??分布式网络中，必须选择一个节点来首先记录交易。随机选择很容易受到攻击，因??此如果一个节点想发布区块，就必须做大量的计算来证明该节点的合法性。在工作??量证明中，每个节点都在计算块头满足要求的散列值Ｎｏｎｃｅ。当一个节点计算得到??目标值时，节点会将区块广播给其他节点，所以其他节点会在验证散列值正确性后??将新区块加入到各自的区块链上。比特币网络中计算散列值的节点被称为矿工，计??算散列值的过程被称为挖矿。??（２）权益证明（Ｐｒｏｏｆｏｆｓｔａｋｅ）?［２４］中通过计算账户持有占总币数的百分比以及??占有币数的时间来决定记账权，发布新区块必须拥有一定数量的货币，因为从经济??学角度拥有更多货币的账户攻击网络的可能性更校权益证明解决了工作量证明中??耗费大量计算资源的问题，但是也让这种选择显失公平，拥有大量货币的账户会在??网络中占据主导地位。??（３）实用拜占庭容错（Ｐｒａｃｔｉｃａｌｂｙｚａｎｔｉｎｅｆａｕｌｔｔｏｌｅｒａｎｃｅ）?［２５］是一种能够容忍拜??占庭错误的复制算法，能够抵抗网络中三分之一节点以下的恶意攻击。实用拜占庭??容错算法包括三个阶段：预准备阶段、准备阶段和提交阶段。在每个阶段，如果一??个节点获得所有节点三分之二以上的投票，就会进入下一阶段。实用拜占庭容错


本文编号：2936474