基于词法分析与全同态加密的区块链隐私保护研究

发布时间：2022-04-26 20:55

　　智能合约是部署在区块链上不依赖可信第三方自动化执行交易协议的可执行代码。然而,由于交易数据等所有交易内容公开共享于区块链节点,导致区块链系统存在交易隐私泄露威胁。虽已有学者提出解决方案,但找到保持交易吞吐量和保护交易隐私之间的平衡点仍是一个挑战。鉴于此,本文以区块链智能合约为研究主题,进行以下研究:（1）分析了智能合约语言Solidity词法规则并给出各词法单元正规式定义;设计了 Solidity的词法分析器SLA并建立其自动机模型;给出基于SLA的智能合约敏感交易数据的自动化分离算法,使隐私保护对象更具针对性。（2）为提高单次加密效率及密文单次传输效率,给出NTRU-FHE17改进方案,把NHTU-FHE17方案明文空间由单比特范围的二元有限域Z2推广到p元有限域Zp,证明了改进方案的正确性、同态性及安全性。基于Ubuntu18.04+NTL库,验证改进方案的正确性、同态性并分析其效率。利用改进方案将敏感交易数据加密为对应密文。为保证敏感交易数据加密前后在智能合约中的数据类型不变,设计了改进方案密文向量整数化算法及其逆算法用于完成交易验证。（3）以商品交易为应用场景,基于词法分析器S... 

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 选题背景、研究目标与意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究内容、创新与特色
    1.4 论文组织结构
第二章 理论基础
    2.1 引言
    2.2 符号说明及缩略词
    2.3 词法分析
        2.3.1 字母表
        2.3.2 正规式和正规集
        2.3.3 有限状态机
        2.3.4 状态转换图
    2.4 代数学基础
        2.4.1 二元运算
        2.4.2 群
        2.4.3 环
        2.4.4 理想
        2.4.5 格
        2.4.6 理想格
        2.4.7 最短向量问题
        2.4.8 最短无关向量问题
        2.4.9 离散高斯分布
        2.4.10 小多项式比问题
        2.4.11 环上错误学习问题
    2.5 密码学理论基础
        2.5.1 加法同态、乘法同态
        2.5.2 同态加密
        2.5.3 全同态加密
第三章 基于智能合约语言Solidity词法分析器SLA的设计
    3.0 本章摘要
    3.1 引言
    3.2 基于智能合约语言Solidity的词法分析器(SLA)的设计
        3.2.1 词法分析器SLA构造方法
        3.2.2 词法分析器SLA构造分析
    3.4 智能合约敏感交易数据
    3.5 本章小结
第四章 NTRU-FHE17改进方案的设计与实现
    4.0 本章摘要
    4.1 引言
    4.2 基于SPR问题和RLWE问题的NTRU-FHE17方案
        4.2.1 原始方案
        4.2.2 改进方案
        4.2.3 解密正确性
        4.2.4 同态正确性
        4.2.5 改进方案安全性分析
        4.2.6 改进方案与原始方案的比较分析
    4.3 方案实现
        4.3.1 实验平台简介
        4.3.2 NTRU-FHE17改进方案的C++实现
    4.4 NTRU-FHE17改进方案密文向量进一步处理
    4.5 本章小结
第五章 多商品交易的区块链智能合约隐私保护协议的设计
    5.0 本章摘要
    5.1 商品交易场景描述
    5.2 系统模型
    5.3 SCPPP协议的设计
    5.4 SCPPP协议性能分析
        5.4.1 协议的可证实性及不可否认性
        5.4.2 协议的敏感交易数据安全性与机密性
    5.5 实验平台与环境
        5.5.1 智能合约的部署及调试平台
        5.5.2 词法分析器SLA的实现平台
        5.5.3 敏感交易数据同态加密实验平台
        5.5.4 Ethereum测试网络Ropsten下多商品交易实验环境
    5.6 Ethereum测试网络Ropsten下多商品交易实验过程
        5.6.1 多商品交易智能合约部署及交易完成
        5.6.2 智能合约敏感交易数据分离及效率分析
        5.6.3 智能合约敏感交易数据加密保护
        5.6.4 交易验证及区块生成
    5.7 本章小结
结束语
附录A NTRU-FHE17改进方案的C++实现
附录B 没有隐私保护的多商品交易智能合约Solidity实现
附录C 词法分析器SLA的Flex实现
附录D 词法分析器SLA
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]全同态加密研究[J]. 李增鹏,马春光,周红生.  密码学报. 2017(06)
[2]NTRU型无需密钥交换的全同态加密方案[J]. 宋新霞,陈智罡,周国民.  网络与信息安全学报. 2017(01)
[3]区块链技术综述[J]. 沈鑫,裴庆祺,刘雪峰.  网络与信息安全学报. 2016(11)

博士论文
[1]基于格的全同态加密研究与设计[D]. 陈智罡.南京航空航天大学 2015

硕士论文
[1]矩阵环上的全同态加密方案研究[D]. 王平.云南大学 2016



本文编号：3648718