区块链数据隐私保护:研究现状与展望

区块链作为一种分布式账本,集成了分布式共识、对等(peer to peer,P2P)网络、智能合约及密码学等技术,解决了"去中心化"的信任问题.区块链凭借其不可篡改、去中心化等特性,对社会各个领域产生了深远影响,掀起了区块链技术的研究与应用热潮.区块链技术应用场景十分广泛,其独特优势能够解决许多行业中的痛点.但是,区块链技术在应用过程中面临着数据隐私泄露的问题,极大地限制了区块链的应用范围和领域,区块链数据隐私保护方案已成为研究者关注的重点问题之一.基于数据隐私保护的基本概念,详细分析了区块链各技术要点面临的隐私泄露问题,探索并总结了当前区块链数据隐私保护的解决方案.最后,结合目前区块链数据隐私保护研究的最新进展,对未来区块链数据隐私保护的研究方向进行了展望.     

区块链隐私保护研究综述

区块链技术的核心特征是“去中心化”和“去信任化”,作为分布式总账技术、智能合约基础平台、分布式新型计算范式,可以有效构建可编程货币、可编程金融和可编程社会,势必将对金融及其他领域带来深远影响,并驱动新一轮技术变革和应用变革.但是区块链技术在提高效率、降低成本、提高数据安全性的同时,也面临严重的隐私泄露问题,得到研究者的广泛关注.将介绍区块链技术架构,定义区块链技术中身份隐私和交易隐私的概念,分析区块链技术在隐私保护方面存在的优势和不足,并分类描述现有研究中针对区块链隐私的攻击方法,例如交易溯源技术和账户聚类技术;然后详细介绍针对区块链网络层、交易层和应用层的隐私保护机制,包括网络层恶意节点检测和限制接入技术、区块链交易层的混币技术、加密技术和限制发布技术,以及针对区块链应用的防御机制;最后,分析了现有区块链隐私保护技术存在的缺陷,展望了未来发展方向.此外,还讨论针对恶意使用区块链技术的监管方法.     

ShuffleParty:一种新的区块链隐私保护机制

CoinParty是目前区块链中最为流行的隐私保护技术之一,由于其引入了第三方节点进行混币,存在安全风险;又由于其通过节点之间的传递校验份额进行校验和检验最终地址,导致效率低下。基于此,为了解决CoinParty存在的安全性和效率问题,提出了ShuffleParty,一种无第三方节点,完全分散的混币机制。首先,将所有的混币节点生成一个由每个参与者控制的托管地址,将需要混币的金额发送到托管地址中;然后,随机选出多个洗牌节点,将自己的混币交易输出地址用洗牌节点的公钥进行层层加密,交给洗牌节点进行层层解密和洗牌;最后,一个洗牌节点获得了完整的明文地址列表后,将地址列表广播给普通混合者进行验证,并生成共同最终置换。通过安全分析和实验表明,ShuffleParty安全性优于CoinParty,并且混币效率也高于CoinParty。     

区块链交易隐私保护技术综述

区块链账本数据是公开透明的。一些攻击者可以通过分析账本数据来获取敏感信息,这对用户的交易隐私造成威胁。鉴于区块链交易隐私保护的重要性,首先分析产生交易隐私泄露的原因,并将交易隐私分为交易者身份隐私和交易数据隐私两类;其次,从这两种不同类型的隐私角度,阐述现有的面向区块链交易的隐私保护技术;接着,鉴于隐私保护和监管之间的矛盾性,介绍兼具监管的交易身份隐私保护方案;最后,总结和展望了区块链交易隐私保护技术未来的研究方向。     

TTShuffle：一种区块链中基于两层洗牌的隐私保护机制

区块链隐私保护技术中的去中心化混币机制CoinJoin和CoinShuffle,分别因为代理节点不可信和节点需要层层传递加密而存在安全或效率低的问题,因此提出了TTShuffle,一种两层的隐私保护机制。首先将所有混币节点分成不同的组,通过层层加密在组内进行第一层洗牌,保护组内交易的敏感数据;然后由每个组派一个节点作为本组的代表,进行第二层的组间洗牌,保护所有组的敏感数据得到最后完整的交易内容。通过安全和实验分析表明,TTShuffle中40个混币参与者混币时间低于10 s,相比CoinShuffle机制提高了混币的效率,减少了混币时间,也确保了混币过程的隐私安全。     

区块链密码学隐私保护技术综述

近年来,数据隐私问题日益明显,如何在区块链中实现有效的隐私保护是研究热点。针对区块链在隐私保护上的研究现状与发展态势,阐述了区块链在交易地址、预言机以及智能合约上的隐私保护方法,归纳出区块链在基本要素防护上的隐私策略。基于国内外高水平文献梳理分析了特殊密码学原语、后量子密码学两类区块链密码学防护方法及使用场景,综述其研究思路,并给出属性基加密、特殊数据签名、同态加密、安全多方计算、零知识证明、格密码等适用于区块链隐私保护的密码学技术的优缺点,得出区块链应用的隐私防护离不开密码学技术支持的结论。针对区块链隐私保护技术,从基本要素防护和密码学防护两个方面进行了分析,总结出仅从区块链的应用层、合约层出发难以有效解决隐私问题,还需要利用各类密码学技术根据需求和应用场景的不同进行优势互补。根据区块链隐私加密技术发展现状,从区块链基本要素防护和基于密码学的防护展开叙述。从内生性基本要素安全和外生性密码学隐私安全两个角度出发,先研究基本要素隐私防护,再深入分析区块链隐私密码学防护技术。在对应防护措施中以技术联合实际应用发展,考虑技术时效性的同时,衡量其隐私处理方面的优劣势以及潜在价值。展望了未来区块...     

区块链安全与隐私保护前沿技术发展现状

区块链提供了一个去中心化、不可篡改和可验证的分类账,用于记录数字资产的交易,并保证交易记录的不可篡改性,被广泛应用于教育、政府和医疗等各个领域.然而,区块链的安全性和潜在的隐私问题也成为当前研究的焦点.基于区块链行业的安全现状,探讨了区块链系统存在的问题和威胁;着重分析了区块链安全与隐私保护的前沿技术;最后讨论了区块链...     

基于抗量子区块链的用户隐私保护方案

目前,区块链技术因其去中心化管理、安全存储等优点受到广泛的关注和研究。而在实际生活中,个人用户在使用应用服务提供商提供的服务中,隐私泄漏成为一个不容忽视的难题。为解决这一难题,设计并提出了一种基于抗量子区块链的用户隐私保护方案。该方案基于格密码学的原理和区块链的特点,采用格密码算法进行用户的签名,提升了区块链的安全性。在方案中,通过区块链技术为个人信息增加一个权限管理,使用户对自己的个人隐私信息管理更加简单和有效。通过分析,该方案能够有效应用于移动设备中,保护移动设备用户的身份隐私,提高了个人隐私信息的安全性。同时,该模型也能够为数据挖掘提供一种安全和可信任的信息收集方式。     

基于区块链的共享经济隐私保护机制的设计

针对目前共享经济体系架构存在的个人隐私泄露和交易双方信任危机问题,提出一种基于区块链技术的改进方案。该方案可以让用户个人隐私通过加密存储到区块链数据库中。基于区块链技术进行改造后,区块链的去中心化和弱中介化等特点相比传统数据库更难被攻击脱库。共享体和用户对区块链数据库来说是平等的,双方交易更加透明化。共享体和平台任何一笔交易都永久记录在区块链中,信息内容存储通过对称加密算法保存,用户和共享体隐私信息也可得以有效保护。     

可追踪的区块链账本隐私保护方案

由于区块链中交易的有效性建立在账本公开验证的基础上,这带来了隐私保护的安全问题。目前的研究成果往往过度强调隐私性,使得区块链在实际应用中不受监管。如何在区块链上既保证用户信息的隐私性又使得用户能够被特定监管人所追踪是一个值得研究的问题。基于零知识证明、隐身地址技术和环签名,提出了一种可追踪的区块链账本隐私保护方案。通过使用可追踪的零知识证明、可追踪的隐身地址和可追踪的环签名,使得一般用户无法通过分析历史账本降低匿名性,同时管理者能够解密交易信息。该方案增强了区块链账本的隐私性,也保证了区块链能够被监管。理论分析证明了方案拥有较强的安全性和可追踪性。仿真实验结果表明方案具有强匿名性,且不会对传统区块链的性能带来显著影响。     

区块链环境下支持隐私保护的数字权限管理

针对数字权限保护中对数字内容安全和用户隐私保护的需求,提出了一种支持区块链环境下隐私保护的数字权限保护方案,设计了区块链环境下数字内容权限全生命周期保护和用户隐私保护的框架,主要包括内容加密、许可授权和内容解密3个协议。利用Diffie-Hellman密钥交换和加法同态加密算法,实现了内容加密密钥的保护和分发,同时保证了内容加密密钥的安全性和用户的隐私性,防止区块链中的其他节点收集用户的敏感信息,如用户的使用习惯。与传统的数字权限保护方案相比,该方案基于区块链具有信息公开透明、信息不可篡改等特点,并且保护了内容安全和用户的隐私,具有较好的实用性。安全性分析表明,该方案在区块链环境下是安全的;仿真实验结果表明,该方案能够以较低的开销实现用户的隐私保护。     

区块链中可监管的身份隐私保护方案

在账本公开、多方共识情况下确保交易身份的隐私保护是区块链技术面临的主要挑战之一.目前公有链中基于匿名认证和交易混淆的身份隐私保护方案由于缺乏监管又难于在行业应用中推广.借鉴门罗币中的身份隐私保护方案,引入监管方的角色,基于一次性地址加密和零知识证明设计了可监管的交易接收方身份隐私保护方案;结合可链接环签名和可撤销环签名设计了可链接可撤销环签名方案,以实现基于自主混淆的可监管交易发送方身份隐私保护方案.基于上述方案,系统在保护交易方身份隐私的同时,还支持监管方可离线恢复交易参与方的真实身份,从而达到“可控匿名”的监管目的.分析和测试结果表明,方案设计的算法运算时间均为毫秒级,可满足区块链非高频交易场景下的性能需求.     

基于双层协同的联盟区块链隐私数据保护方法

为了解决联盟区块链平台中的隐私保护问题,提出了一种基于双层协同的隐私数据保护方法,包括:(1)链间隐私保护:通过将不同业务的数据进行分流处理、分区存储,实现了不同业务之间的隐私机密性保护;(2)链内隐私保护:通过在交易体中嵌入字段来指定链内隐私数据的参与方,并由接收交易的区块链节点作为中转节点进行链内隐私数据的同步,中转节点同时负责将隐私数据替换成其哈希值后,构造公开交易进行正常公开交易的上链,待公开交易上链成功后,由隐私参与方节点各自进行隐私账本的更新.为了验证该方法的有效性,分别对链间隐私方法吞吐量以及链内隐私保护方法的延迟性进行了测试与对比,结果表明,通过结合粗粒度的链间隐私保护与细粒度的链内隐私保护,在满足了隐私需求的同时,也保证了可观的性能,为区块链平台的隐私性与安全性做出了贡献.     

电子政务信息共享中的隐私保护问题研究

电子政务信息共享对于推进中国电子政务建设意义重大,在信息共享过程中,涉及到的隐私保护问题不容忽视。文章从信息共享模式、管理和技术层面的角度,分析了电子政务信息共享中面,晦的隐私保护问题,提出了电子政务信息共享中涉及隐私信息的处理规则,给出了部门之间共享信息的规范流程。为解决电子政务信息共享中的隐私保护问题提供有效的方法。     

基于区块链和属性基加密的个人隐私数据保护方案

针对用户使用第三方应用提供的服务时所带来的隐私泄露问题,提出一种基于属性基加密和区块链的个人隐私数据保护方案.方案利用区块链来保存个人隐私数据的哈希值和第三方应用的属性集,而真正的隐私信息利用属性基算法加密后保存在分布式哈希表中.本方案实现了个人数据的一对多的安全传输和数据的细粒度访问控制;针对用户在不同时期的需求动态变化的特点,提出了一种新的属性基加密方案,用户可以随时撤销第三方应用的访问权限,并且不需要可信第三方.对整个方案进行了仿真实验,验证了方案的可行性和实用性.     

区块链系统中身份管理技术研究综述

区块链技术是一种通过块链式结构、共识算法和智能合约来生成、存储、操作和验证数据的新型分布式基础架构和计算范式,其所构建的新型信任机制有助于推动互联网技术由信息互联网向价值互联网的转化.由于区块链中的账本数据采用公开交易记录、多节点共识确认的方式进行存储和验证,因此对系统中的身份管理及隐私保护提出了极大的挑战.首先分析了...     

基于群签名和同态加密的联盟链双重隐私保护方法

区块链账本公开,以实现交易的溯源与可验证,但账本的透明使得区块链用户的隐私成为一个亟待解决的问题.为了解决联盟链交易中的交易金额和身份的隐私暴露问题,提出了基于群签名和同态加密的联盟链双隐私保护方法,在满足交易溯源和可验证的前提下,实现收付款者身份和交易金额的隐私保护.将群签名中群的概念与联盟链恰当结合,并提出一种部分身份匿名的概念,使方案能够满足对其他交易节点匿名,同时确保主要节点可验证.并利用Paillier同态加密的加同态性质验证交易的合法性,保护交易金额的隐私.提出主要节点的4步验证方法,通过对群签名、账户所属权和交易金额合法性的验证,实现主要节点对交易合法性的监管.通过分析,该方案可以抵抗篡改攻击和公钥替换攻击,且交易合法性验证合理,最后,通过与其他方案的对比分析,该方案的计算开销是合理的.     

基于隐私保护的数据挖掘研究

随着网络安全问题受到越来越多的关注,在数据挖掘中做好隐私保护已成为当前的研究热点。如何在挖掘过程中不泄露私有信息或敏感数据,同时能得到比较准确的挖掘效果,是数据挖掘研究中的一个热点课题。本文从数据分布方式结合挖掘算法对当前几种关键的隐私保护方法进行分析,并给出算法的评估,最后提出隐私保护数据挖掘方法的未来研究方向。     

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

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Pedersen承诺与Schnorr协议的安全多方计算协议(protocol of blockchain based on Pedersen commitment linked Schnorr protocol for multi-party computation,BPLSM).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BPLSM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,BPLSM协议验签的时间成本比当前主流的BLS签名节省约83.5%.