区块链隐私众包中的数据验证与可控匿名方案

针对隐私众包场景下出现的数据验证、匿名作恶检测和跨平台资源交互等需求,该文基于区块链技术,并结合零知识证明与环签名技术,提出一种联盟链架构下的隐私众包方案。该方案依靠零知识证明实现对加密数据的验证,依靠链接可撤销环签名改进方案实现工人身份的可控匿名,引入联盟链架构实现众包实体之间的资源交互。在完成众包完整流程的同时,实现隐私众包所需的数据保护与身份保护。安全性分析表明,该方案具有隐私性、可验证性、可控匿名性与公平性。实验结果验证了方案在效率与性能方面的有效性。

新形态对称密码算法研究

安全多方计算、全同态加密和零知识证明是解决数据安全问题的重要密码技术,其快速发展和应用需求驱动,引发了新形态对称密码的设计与安全性分析.本文系统介绍适宜安全多方计算、全同态加密和零知识证明的新形态对称密码算法.首先梳理新形态对称密码算法的应用需求和设计目标;然后归类介绍新形态对称密码算法的设计理念和最新的安全性评估结果;最后总结探讨新形态对称密码算法的设计特点以及面临的问题.

Memorizable Interactive Proof and Zero-Knowledge Proof Systems

Interactive proof and zero-knowledge proof systems are two important concepts in cryptography and complexity theory. In the past two decades, a great number of interactive proof and zero-knowledge proof protocols have been designed and applied in practice. In this paper, a simple memorizable zero-knowledge protocol is proposed for graph non-isomorphism problem, based on the memorizable interactive proof system, which is extended from the original definition of interactive proof and is more applicable in reality. Keywords interactive proof - zero-knowledge proof - memorizable interactive proof - memorizable zero-knowledge proof This work was supported by the ministry of Science and Technology of China (Grant No.2001CCA03000), and the National Natural Science Foundation of China (Grant No.60273045).Ning Chen received his B.S. degree from Fudan University in 2001. Now he is a master candidate of Department of Computer Science, Fudan University. His research interests include computational complexity, computational cryptography, algorithm design and analysis.Jia-Wei Rong received her B.S. degree from Fudan University in 2002. Now she is a master candidate of Department of Computer Science, Fudan University. Her research interests include computational cryptography, machine learning, artificial intelligence.

基于SM2数字签名的匿名凭证协议

匿名凭证作为一种隐私保护的数字身份认证技术,在认证用户数字身份有效性的同时,能够保护用户身份隐私,广泛应用于匿名身份认证、匿名通证、去中心化的数字身份管理系统等.现有的匿名凭证通常采用承诺-签名-证明的构造范式,通常要求采用的签名算法具备重随机化特性,如CL系列签名、PS系列签名及结构保持签名.现实应用中多采用ECDSA、Schnorr、SM2等数字签名进行数字身份认证,但其缺乏对用户身份隐私的保护.因此,在认证的同时,保护身份的隐私性,构造兼容ECDSA、Schnorr、SM2等数字签名的匿名凭证具有一定的现实意义.探索基于SM2数字签名构造匿名凭证协议的方法.在申请证书阶段,借助Pedersen承诺对用户属性进行承诺,同时依据SM2签名消息为H(m)的结构特点,证明Pedersen承诺消息与哈希承诺中消息的相等性.为实现这种代数结构和非代数结构陈述的等价性证明,借鉴ZKB++技术对承诺消息进行转化,进而实现跨域证明,并签发基于SM2数字签名的授权证书.在匿名凭证展示阶段,结合零知识证明技术证明持有SM2数字签名,保证了用户的匿名性.给出基于SM2数字签名的匿名凭证协议的具体构造,并进一步证明该协议的安全性.最后,通过对协议的计算复杂度分析与算法执行效率测试验证协议的有效性和可用性.

基于区块链的清洁能源数据溯源机制

全球正处于低碳发展的大趋势中,清洁能源是低碳发展的核心,也是解决气候问题的关键。目前清洁能源数据溯源方式,如中心化数据库、电子标签和能源证书等,存在中心化、数据来源和数据处理不透明等问题,无法保证数据与溯源结果的可信度和安全性。相比之下,区块链具有去中心化、透明性、不可篡改等特点,可以有效解决以上问题。因此,文章提出了一种基于区块链的清洁能源数据溯源机制。首先,文章提出了改进数据溯源描述模型ProVOC,实现清洁能源数据的全生命周期可信溯源,并通过结合区块链和图数据库实现数据的轻量化存储,提高了溯源效率;然后,文章提出了基于零知识证明的数据隐私保护机制,在用户数据隐私保护方面引入可撤销机制,在溯源数据隐私保护方面结合同态加密,实现更加安全的数据共享;最后,文章对所提出的数据溯源机制进行了功能验证和性能分析,实验结果表明,相比于现有的数据溯源框架,该机制在安全性等方面具有一定的优势。

基于MLWE和MSIS的可验证解密方案

两方安全计算中涉及的可验证解密技术可以应用在医疗研究数据共享、机构间合作进行模型训练等有隐私保护需求的现实场景中,有助于进一步打破数据孤岛、保障数据安全。但是目前已有的为基于格密码或其他后量子加密方案正确解密所构造的零知识证明的效率不高。面对这一现状,文中针对Kyber提出了一个基于模容错学习问题(MLWE)和模小整数解问题(MSIS)的可验证解密方案。首先,根据Kyber的加解密特性,在利用证明者和验证者所持数据构造相等关系时存在差异,该方案提出了一种利用误差估计结合Kyber的压缩函数,使证明者提供给验证者一部分所持数据的信息,从而消除差异的方法,进而提供可以用于验证的相等关系,把该关系与Dilithium签名方案无公钥压缩版本的框架相结合,构造非交互式零知识证明,将可验证解密问题转变为证明环中短向量满足的线性关系。其次,在理论上分析了方案的正确性、安全性、通信开销和计算复杂度,将方案的合理性和零知识性规约到MSIS困难假设,并提供了2组不同安全等级的建议参数设置。最后,通过编写C语言程序测试了所提方案的正确性和效率。实验结果与理论分析结果基本一致,与现有方案相比,所提方案在对单个密文的证明大小和证明时间上有显著优势,更加简洁、高效。

基于零知识证明和区块链的联邦学习激励方案

在跨孤岛联邦学习中,各参与者对最终训练出的模型贡献各异,如何评估他们的贡献并给予适当激励,成为联邦学习研究中一项关键问题。目前的激励方法主要着眼于奖励有效模型更新的参与者,同时惩罚不诚实者,侧重于激励计算行为。然而,参与者所提供的数据质量同样影响学习效果,但现有方法未充分考虑数据质量,并缺乏鉴定数据真实性的手段。为提升激励的准确性,需对参与者数据质量进行评估。通过融合零知识证明与区块链技术,文章提出一种评估参与者数据质量的协议,构建了全新联邦学习激励方案。该方案可在不泄露明文数据的前提下,评估参与者所用数据集质量,通过区块链系统向合格参与者发放激励,拒绝不合格者。实验证实,在部分用户提供虚假数据的情况下,该方案仍能准确给出激励结果,同时提升联邦学习模型的准确率。

基于区块链的多元主体竞争情报交易平台研究

[目的/意义]为了更好地发挥竞争情报价值,解决传统竞争情报联盟存在中心节点权力过大、利益分配不公平等问题,提出了基于区块链的多元主体竞争情报交易平台。[方法/过程]介绍了平台模型架构和运作过程,在此基础上为模型设计了基于非对称加密的身份认证机制、基于零知识证明的情报加密交易机制和基于信誉值的奖惩机制,在一定程度上解决了传统联盟的问题,提高了情报交易的效率。[结果/结论]提出的交易平台能够提高情报交易效率和安全性,有利于各类主体获取和利用竞争情报。

基于零知识证明的跨链隐私智能合约

针对跨链智能合约的代码和数据在跨链交易中公开披露用户隐私信息的情景,设计具有隐私保护功能的跨链智能合约,该合约中每一个函数所涉及的用户隐私信息,将被用户加密后作为函数参数输入,同时引入零知识证明电路,用于证明用户输入密文的正确性。在合约执行过程中,合约调用者通过输入公共参数和隐私参数密文发起合约调用请求,跨链隐私智能合约的验证节点使用零知识证明电路来验证用户输入信息的正确性并执行智能合约,从而在保护用户隐私信息的同时确保智能合约的正确执行。

农产品区块链多监管差分隐私共享模型设计

当前的农产品供应链系统,常由单个部门监管,存在单点故障、数据难以实时监管等问题,此外企业节点身份无明显区分,难以保证企业节点不会泄露企业隐私数据。本研究构建了农产品区块链多监管差分隐私共享架构,提出零知识证明身份验证算法,实现隐私数据对具有特定特征的监管部门的共享,降低了传统监管部门的压力。设计隐私数据分层规范,以基于密文策略的属性加密方案技术实现企业隐私数据差异化共享,降低了隐私数据泄露风险。在此基础上设计农产品区块链多监管差分隐私共享系统,并应用在某企业番茄供应链进行测试,测试结果表明,与现有监管模型相比,监管节点查询企业隐私数据时间缩短7.1%,企业节点查询隐私数据时间缩短23.9%。结果说明,本研究提出的方法能够在保证隐私安全的前提下提高监管效率。

区块链中匿名属性验证可搜索加密方案

为保护数据用户属性隐私,防止属性隐私泄露,提出一种属性基可搜索加密算法。利用对称加密算法对数据拥有者信息进行加密并将加密后的信息上传到星际文件系统;使用属性基可搜索加密算法对数据关键字进行加密并将加密结果上传到区块链中,实现数据密文和关键字密文的分布式存储;使用智能合约实现关键字安全搜索,避免云服务器返回不相关搜索结果。方案的安全性是基于Diffie-Hellman困难性假设,理论分析和实验结果表明,该方案具有较好的用户隐私保护效果和计算开销。

基于DC-net的会议室电子选举方案

提出了一种新的适用于小规模选举活动的电子选举方案,其最大特点是能够提供无条件的完美选票秘密性保障。方案具有自计票功能,能够实现公平性和可验证性。敌手对选举结果的破坏等同于解离散对数问题。该方案建立在DC-net匿名广播协议基础之上,其安全性不依赖于任何信任中心,但需假定任意投票者之间存在秘密信道。

一种低运算量Ad-hoc网络匿名路由协议

Ad-hoc网络节点运算能力差,能量有限且移动速度高,而公钥运算量大,能耗高,运算周期长,所以公钥运算不适合于Ad-hoc网络。已提出的匿名路由协议却含有大量的公钥运算。为了降低公钥运算量,将双线性对和零知识证明应用于匿名路由协议中,提出一种新的匿名路由协议——低运算量的Ad-hoc网络匿名路由协议,该协议大幅降低了公钥运算量。实验结果表明,该协议建立匿名路由所消耗的能量少,时延低。

基于CL加密的改进分布式解密系统

近些年,无线医疗传感器网络(Wireless Medicine Sensor Networks,WMSNs)得到了广泛的应用。WMSNs提高了患者护理质量,但同时也存在许多安全隐患。为了保护患者数据的隐私安全,Yi等人提出了一个基于Paillier密码系统的分布式ElGamal密码系统。然而,Rao分析了他们的方案并展示了一种可行的攻击,该攻击允许攻击者获取密钥。因此,是否可以将具有加法同态性质的密码系统修改为安全的分布式解密系统,以实现更简单的分布式密钥生成和更高效的分布式解密仍然是一个挑战。针对上述挑战,该文提出了一种基于Castagnos和Laguillaumie(CL)加密的改进分布式解密系统,并对未知阶群G上的离散对数关系给出了有效的零知识证明。与其他分布式解密系统相比,基于CL加密的改进分布式系统具有良好的性能、更可靠的设置、更高的安全级别。

基于布隆过滤器的零知识集成员证明效率提升

针对区块链中数据的安全验证问题(数据的动态增加导致零知识集成员证明参数更新频繁、参数生成和验证时间变长),进行了创新性的完善。提出了一种新型的数据存储模型,结合优化的跳表索引,提高了数据验证的安全性和效率。实验结果表明,基于布隆过滤器的新型数据存储模型和外部索引,虽然增加了空间复杂度,但是借助预校验机制,提高了约45%的安全校验速度。此外,优化后的时间跳表总体上提高了约50%的区块检索速度,并且索引更新更加便捷。

一种基于QAP问题的ZK-SNARK新协议

PGHR协议设计验证式的思想是单一化的,即一个验证式实现一个条件的验证,忽略了验证式的联合效应。文中通过利用额外常系数因子的互不整除性与验证式的联合效应实现对PGHR协议的有效压缩,得到新的ZK-SNARK协议——CPGHR协议,给出了新协议安全性的严格证明,并对协议的有效性进行了理论分析与实验验证。结果表明:新协议的证据量压缩约75%,验证方计算效率提升约33%。

基于区块链的农产品溯源系统数据隐私保护技术研究

随着食品安全问题日益突出,基于区块链的农产品溯源系统成为保护消费者利益和提升供应链透明度的关键。为解决该系统中的数据隐私保护问题,文中提出了结合零知识证明、同态加密和聚合加密的创新策略,通过这些技术,能在确保溯源信息真实性和完整性的同时,有效保护生产者和消费者的数据隐私。研究结果为农产品溯源系统提供了一个安全、高效的隐私保护方案,对区块链技术在其他领域的隐私保护应用也具有指导意义。

基于非同质化代币的密封投标拍卖方案

当前电子拍卖存在第三方不可信和中标者既要保证身份匿名性又要保证身份合法性这一矛盾问题.针对上述问题,提出一种基于非交互零知识证明和非同质化代币的密封投标拍卖方案.首先,通过区块链去中心化、数据不可篡改等特点构建点对点参与的拍卖环境,并通过椭圆曲线+AES算法对竞拍者的出价加密,从而提高电子拍卖的隐私性;然后,通过非交互零知识证明实现在链上匿名情况下中标者身份合法性的生成和验证,同时,将身份合法性作为非同质化代币的元素素材,保证中标者对链上身份合法性认证的所有权;最后,实验结果证明所用算法在加解密效率方面优于RSA和ECC算法,身份认证所需存储开销低于其他比较方案,满足日常拍卖需求.

零知识证明下可审计追溯区块链隐私保护模型

为解决区块链网络中各节点共享账本导致敏感数据暴露,以及隐私数据加密导致无法审计追溯的问题,提出一种基于有向图和零知识证明的可审计追溯的区块链隐私保护模型。该模型基于Hyperledger Fabric开源框架进行扩展,有效继承Fabric的特性,通过对链上交易信息加密,利用Pedersen承诺和Schnorr类型的零知识证明生成平衡证明、追溯证明、资产证明和一致性证明,以提供快速的、可证明正确的隐私数据审计;利用有向图结构账本构建交易图,实现对区块链上交易信息的可追溯性,并对前向交易生成证明验证追溯的正确性。实验结果表明,所提出的模型以不到10%的吞吐量为代价在Fabric上实现了完整的审计和可追溯,其性能更优于现有的相关模型。