面向区块链数据隐私保护的可搜索加密研究

发布时间：2020-03-27 08:00

【摘要】：区块链具有去信任、弱中心化、数据可追溯防篡改等独特的优势,正逐渐成为数据存储共享的热门平台。而合理的数据组织管理、完善的数据隐私保护机制是数据平台获得认可的关键因素。但区块链由于设计之初面向的是去中心化数字货币,其数据组织形式固化,导致检索方式单一,也缺乏有效的数据隐私保护设计,这阻碍了区块链在具有较强数据安全需求及数据查询需求的相关领域落地,比如智慧医疗、金融科技及电子政务等领域。而可搜索加密技术可以让数据满足安全存储的同时,支持高效的检索,但目前多是针对云环境下的可搜索加密研究,缺少面向区块链数据平台可搜索加密研究。本文针对区块链上敏感数据的安全存储和安全高效检索的问题进行了相关研究,主要工作如下:1.区块链数据明文下的可搜索优化方法研究,提出解决路线。面对区块链数据组织形式固化、查询方式单一、无法满足安全需求和数据分析需求的问题,通过研究分析当前主流区块链平台的数据组织存储的方式,从数据存储结构、查询方式等角度进行剖析,归纳出三种优化方法:外接数据库查询中间件方法、内置索引优化方法、内部数据库更换方法,并从多个角度对比了它们的优劣,针对区块链数据组织困难问题提供了明确的解决路线。2.区块链数据可搜索加密技术研究,设计支持加密数据的搜索方案和相应的系统架构。针对区块链数据的安全检索需求,引入一种支持前向隐私安全、可抵御数据泄露的可搜索加密方案,该方案在满足了双重安全的同时实现了查询效率的提升。通过与两个经典论文的算法实验对比,本文引入的方案在安全索引构建耗时上缩减近50%,密文索引空间占比呈线性增长,在关键词为10~7数量级的数据集上,索引大小维持在1G以内,与对比方案差距不大,处于合理范围。3.基于第二点的可搜索加密方案设计,针对医疗数据场景,进行详细的需求分析、功能设计,设计实现了一个基于Fabric平台支持数据可搜索加密的文件共享系统。通过模拟多节点进行功能测试,验证了系统满足本文提出的针对区块链数据的可搜索加密需求,为后续区块链作为数据共享平台的数据可搜索加密方案的相关研究提供了一定的参考。目前还没有针对区块链数据的可搜索加密方案的结合研究,本文针对区块链明文数据的搜索优化和密文数据的搜索实现,设计并实现了一个面向区块链数据满足双重安全的可搜索加密方案,可以促进区块链在科技金融、智慧医疗、电子政务等涉及敏感数据的领域的应用扩展,具有一定的实用价值,同时也为区块链数据共享的相关理论研究提供了一个新的方向。
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雪崩效应,哈希,抗冲突

第二章相关知识属性，因此也能作为单向函数。(2) 抗第二原像性：给定 x 和 h(x)，几乎无法获得任何其他消息 m，使得：m ≠x 且 m 的哈希值等于 x 的哈希值，，即 h(m) = h(x)。这种属性也称为弱抗冲突性。(3) 抗冲突性：两个不同的输入消息不可散列出相同的 Hash 值，x ≠ z，则 h(x)≠ h(z).哈希函数有个很重要的概念叫雪崩效应：一个很小的变化，哪怕改变输入文本中的一个字符，也会导致截然不同的哈希输出，比如把一笔交易信息的金额属性由 10改成 11，只改变一个字，得出的 Hash 值截然不同，如图 2.2 所示（以 SHA256 算法为例）,虽然只改变了一个数字，生成的 Hash 值却截然不同。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP309.7;TP311.13

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