現(xiàn)代密碼學(xué)技術(shù)發(fā)展已近百年，先進(jìn)、安全、可控的密碼技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)安全的基礎(chǔ)，在中國大力發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)的今天，更是被賦予重要的歷史使命。區(qū)塊鏈技術(shù)雖然近年來才興起，但其作為“信任機(jī)器”，與密碼一樣是數(shù)字化時(shí)代的信息安全基礎(chǔ)設(shè)施，區(qū)塊鏈與密碼技術(shù)的有機(jī)結(jié)合將大大降低建立信任的成本，大大提高信息安全防護(hù)能力。
通付盾長期致力于區(qū)塊鏈與密碼技術(shù)的研究和開發(fā)工作，近年來更是積極的將區(qū)塊鏈密碼技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際，研發(fā)的區(qū)塊鏈密碼可用于數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)加密分享和數(shù)據(jù)公平交易等場(chǎng)景，保護(hù)數(shù)據(jù)安全。
一、數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)
問題描述
云端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是一種網(wǎng)上在線存儲(chǔ)模式，即把數(shù)據(jù)存放在通常由第三方托管的多臺(tái)虛擬服務(wù)器，而非專屬的服務(wù)器上。需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)托管的人，通過向托管公司提供的數(shù)據(jù)中心購買或租賃存儲(chǔ)空間來滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求。
然而，現(xiàn)有云存儲(chǔ)技術(shù)在使用過程中會(huì)存在一定的隱患，例如，用戶通過平臺(tái)上傳至云端存儲(chǔ)的文件中不乏用戶的機(jī)密文件或用戶私隱，這些數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)多為明文存儲(chǔ)或簡(jiǎn)單加密存儲(chǔ)，即使是加密存儲(chǔ)，其安全性也僅依賴于云平臺(tái)本身，一旦平臺(tái)數(shù)據(jù)被入侵、篡改，將嚴(yán)重泄露用戶的隱私;另外，云平臺(tái)上的數(shù)據(jù)無法真正的證明該數(shù)據(jù)的所有權(quán)是用戶還有平臺(tái)，即平臺(tái)本身對(duì)用戶的數(shù)據(jù)存在任意篡改的風(fēng)險(xiǎn)，使得用戶的隱私數(shù)據(jù)，例如身份信息、證件照、照片、身份證件、通訊記錄等儲(chǔ)存內(nèi)容的安全性受到極大威脅。
區(qū)塊鏈密碼解決方案
步驟1：DID生成
若用戶沒有DID，則需要為用戶生成DID以及DID文檔并保存到區(qū)塊鏈中。
步驟2：密鑰生成
若用戶沒有用于數(shù)據(jù)加密的公私鑰對(duì)，則需要生成公私鑰對(duì)，將公鑰保存到DID文檔中，將私鑰加密保存到本地。
步驟3：私鑰備份與恢復(fù)
利用密鑰共享技術(shù)，將私鑰分成N片備份到區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)中，恢復(fù)時(shí)只需要其中的M片即可。
步驟4：數(shù)據(jù)加密上傳
生成對(duì)稱密鑰，使用對(duì)稱密鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，得到數(shù)據(jù)密文，使用公鑰對(duì)對(duì)稱密鑰進(jìn)行加密，得到密鑰密文，將數(shù)據(jù)密文以及密鑰密文上傳到云服務(wù)器。
步驟5：數(shù)據(jù)下載解密
從云服務(wù)器中下載選擇的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)密文以及密鑰密文，使用私鑰解密密鑰密文得到對(duì)稱密鑰，使用對(duì)稱密鑰解密數(shù)據(jù)密文得到選擇的數(shù)據(jù)。
技術(shù)拆解
DID生成
(1) 生成區(qū)塊鏈賬戶地址。
(2) 根據(jù)賬戶地址生成DID以及DID文檔。
(3) 將DID和DID文檔保存在區(qū)塊鏈中。
密鑰生成
(1) 根據(jù)公鑰加密算法，生成公私鑰對(duì)，用于對(duì)對(duì)稱密鑰進(jìn)行加解密。
(2) 將公鑰保存到DID文檔中，可以通過DID訪問其公鑰。
(3) 將私鑰通過口令加密保存到本地。
密鑰備份與恢復(fù)
(1) 密鑰備份
A. 根據(jù)密鑰分享技術(shù)，將私鑰分成N個(gè)密鑰片。
B. 將N個(gè)密鑰片分別備份到區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)中。
(2) 密鑰恢復(fù)
A. 從N個(gè)備份密鑰片的區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)中選擇其中的M個(gè)節(jié)點(diǎn)。
B. 從這M個(gè)節(jié)點(diǎn)中獲取密鑰片。
C. 根據(jù)密鑰分享技術(shù)，利用這M個(gè)密鑰片恢復(fù)出私鑰。
D. 利用口令對(duì)私鑰進(jìn)行加密然后將密文保存到本地。
數(shù)據(jù)加密
(1) 生成安全的隨機(jī)數(shù)作為數(shù)據(jù)加密的對(duì)稱密鑰。
(2) 根據(jù)對(duì)稱加密，使用對(duì)稱密鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，得到數(shù)據(jù)密文。
(3) 根據(jù)公鑰加密，根據(jù)口令讀取本地私鑰，使用私鑰對(duì)對(duì)稱密鑰進(jìn)行加密，得到密鑰密文。
(4) 將數(shù)據(jù)密文以及密鑰密文上傳到云服務(wù)器進(jìn)行保存。
數(shù)據(jù)解密
(1) 從云服務(wù)器中下載選擇的數(shù)據(jù)密文以及密鑰密文。
(2) 根據(jù)口令讀取本地私鑰，根據(jù)公鑰加密算法，使用私鑰解密密鑰密文，得到對(duì)稱密鑰。
(3) 根據(jù)對(duì)稱加密算法，使用對(duì)稱加密解密數(shù)據(jù)密文，得到數(shù)據(jù)。
二、數(shù)據(jù)加密分享
問題描述
目前，數(shù)據(jù)的分享通常只是信道加密，發(fā)送方和接收方多是以明文的形式通過服務(wù)器實(shí)現(xiàn)端到端的分享。在分享過程中，數(shù)據(jù)在服務(wù)器端通常是可見的，因此存在嚴(yán)重的數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，數(shù)據(jù)的分享記錄由第三方服務(wù)器保存，甚至不保存分享記錄，使得分享記錄的可信性完全依賴于第三方服務(wù)器或者無從追溯。當(dāng)數(shù)據(jù)的分享記錄存儲(chǔ)在第三方服務(wù)器上時(shí)，如果第三方服務(wù)器受到攻擊、被篡改或偽造，服務(wù)器的不可信直接導(dǎo)致存儲(chǔ)的分享記錄變得不可信。數(shù)據(jù)分享缺少時(shí)間的限制條件等。
區(qū)塊鏈密碼解決方案
步驟1：數(shù)據(jù)授權(quán)
Alice生成對(duì)Bob的重加密密鑰并保存到區(qū)塊連接點(diǎn)，生成授權(quán)記錄并上鏈，將云服務(wù)器中的待分享數(shù)據(jù)的鏈接地址發(fā)送給Bob。
步驟2：數(shù)據(jù)訪問
Bob根據(jù)Alice分享的數(shù)據(jù)鏈接地址向云服務(wù)器請(qǐng)求數(shù)據(jù)，云服務(wù)接收到請(qǐng)求后驗(yàn)證授權(quán)身份后根據(jù)重加密密鑰對(duì)密鑰密文進(jìn)行重加密，得到密鑰重加密密文，將數(shù)據(jù)密文以及密鑰重加密密文返回給Bob。
步驟3：數(shù)據(jù)下載解密
Bob將數(shù)據(jù)密文以及密鑰重加密密文下載完成后，根據(jù)私鑰解密密鑰重加密密文得到對(duì)稱密鑰，根據(jù)對(duì)稱密鑰解密數(shù)據(jù)密文得到對(duì)稱密鑰。
技術(shù)拆解
發(fā)送方數(shù)據(jù)訪問授權(quán)
Alice根據(jù)自己和Bob的DID從區(qū)塊鏈中讀取DID文檔中的公鑰(Alice的公鑰pkA和Bob的公鑰pkB)。
Alice根據(jù)口令讀取本地私鑰skA，然后調(diào)用代理重加密中重加密密鑰生成算法，根據(jù)Alice的私鑰skA，Alice的公鑰pkA以及Bob的公鑰pkB生成N個(gè)重加密密鑰片nrkfrags。
Alice將N個(gè)重加密密鑰片nrkfrags保存到N個(gè)區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)只保存一個(gè)重加密密鑰片rkfrag。
Alice生成數(shù)據(jù)對(duì)Bob的授權(quán)記錄record，包括Alice的DID，數(shù)據(jù)Hash值，授權(quán)時(shí)間，授權(quán)截止時(shí)間，Bob的DID，Alice的簽名等，最后保存到區(qū)塊鏈中。
(5) Alice將云服務(wù)器中分享的數(shù)據(jù)鏈接地址url發(fā)送給Bob。
接收方請(qǐng)求訪問數(shù)據(jù)
Bob根據(jù)Alice分享的數(shù)據(jù)鏈接地址url，向云服務(wù)端請(qǐng)求分享的數(shù)據(jù)。
云服務(wù)器讀取區(qū)塊鏈中的Alice的授權(quán)記錄record，并驗(yàn)證Bob的身份以及授權(quán)時(shí)間等信息。
驗(yàn)證通過后，云服務(wù)器從保存了重加密密鑰片的區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)中去讀M個(gè)重加密密鑰片mrkfrags。
云服務(wù)端根據(jù)選擇的M個(gè)重加密密鑰片mrkfrags調(diào)用代理重加密中的重加密算法，對(duì)分享的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的密鑰密文keyCipher進(jìn)行重加密，得到密鑰重加密密文keyReencryptCipher。
云服務(wù)器將分享的數(shù)據(jù)密文dataCipher以及密鑰重加密密文keyReencryptCipher返回給Bob。
接收數(shù)據(jù)并解密
(1) Bob得到云服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)密文以及密鑰重加密密文后，根據(jù)口令讀取本地私鑰。
(2) Bob根據(jù)公鑰加密算法，使用私鑰解密密鑰重加密密文，得到對(duì)稱密鑰。
(3) Bob根據(jù)對(duì)稱加密算法，使用對(duì)稱密鑰解密數(shù)據(jù)。
三、數(shù)據(jù)公平交易
問題描述
問題1：如何證明數(shù)據(jù)是我的?
問題2：如何保障數(shù)據(jù)沒有中心化泄露風(fēng)險(xiǎn)?
問題3：如何保障數(shù)據(jù)不被中間人劫持或竊聽(數(shù)據(jù)只正確傳輸給了我希望發(fā)送的人，并且加密數(shù)據(jù)只可以由對(duì)方解密)?
問題4：如何保障我傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不被對(duì)方隨意復(fù)制使用?
問題5：對(duì)于數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)交易而言，如何保障我分享了數(shù)據(jù)(或付了錢)就一定能獲得我想要的數(shù)據(jù)(或錢)?
問題6：對(duì)于數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)交易而言，如何保障我分享(銷售)的數(shù)據(jù)不會(huì)被對(duì)方二次分享(銷售)?
區(qū)塊鏈密碼解決方案
步驟1：數(shù)據(jù)確權(quán)
Alice作為數(shù)據(jù)持有方創(chuàng)建DID，并將數(shù)據(jù)的信息寫入DID文檔，然后將DID上鏈，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的確權(quán)。
步驟2：數(shù)據(jù)檢索
Bob作為用戶創(chuàng)建DID，然后查看區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)信息，初步確定Alice的數(shù)據(jù)是自己需要的類型，并從區(qū)塊鏈上獲得Alice的DID以及公鑰。
步驟3：建立安全連接
Bob向Alice發(fā)送數(shù)據(jù)“試吃”請(qǐng)求，并建立安全連接。
步驟4：數(shù)據(jù)“試吃”與數(shù)據(jù)傳輸
Alice向Bob加密發(fā)送“試吃”數(shù)據(jù)。Bob通過“試吃”數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)格式和質(zhì)量等方面進(jìn)一步確定數(shù)據(jù)是自己需要的。
步驟5：公平交易
Bob向Alice發(fā)送交易請(qǐng)求，Alice生成安全參數(shù)并發(fā)送給Bob，Bob驗(yàn)證通過后發(fā)布智能合約，智能合約驗(yàn)證參數(shù)后執(zhí)行交易。
步驟6：數(shù)據(jù)使用
Bob得到數(shù)據(jù)m后，使用數(shù)據(jù)m，并在區(qū)塊鏈中保存對(duì)數(shù)據(jù)m的評(píng)價(jià)。
技術(shù)拆解
數(shù)據(jù)確權(quán)
(1) Alice生成DID_Alice，其DID文檔中包含DID_Alice的公鑰PK_Alice。
(2) Alice生成公共參數(shù)G，G是橢圓曲線循環(huán)群生成元。
(3) Alice對(duì)于數(shù)據(jù)m，計(jì)算其屬性，包括：
數(shù)據(jù)m的哈希值Hash(m),用于數(shù)據(jù)m的完整性驗(yàn)證。
數(shù)據(jù)m的Pedersen Commitment M=m*G,用于驗(yàn)證Bob接收到的數(shù)據(jù)m的真實(shí)性。
Alice對(duì)數(shù)據(jù)Hash(m)的簽名sig=Sign(SK_Alice,Hash(m)),用于證明Alice對(duì)數(shù)據(jù)m的所有權(quán)。
數(shù)據(jù)m的特征提取值feature=FeatureExtraction(m)及其Hash值Hash(feature),保證區(qū)塊鏈中保存的數(shù)據(jù)m的唯一性。
數(shù)據(jù)m的特征描述信息msg=Describe(m)，用于用戶初步了解數(shù)據(jù)的信息，初步確定數(shù)據(jù)m是否是自己需要的。
(4) Alice更新DID_Alice，將公共參數(shù)G以及m的屬性寫入其DID文檔中。
(5) Alice將DID_Alice上傳到區(qū)塊鏈中。
數(shù)據(jù)檢索
(1) Bob生成DID_Bob，其DID文檔中包含DID_Bob的公鑰PK_Bob。
(2) Bob將DID_Bob上傳到區(qū)塊鏈中。
(3) Bob通過DID_Bob瀏覽區(qū)塊鏈上所有的DID文檔中的數(shù)據(jù)描述信息msg。
(4) Bob根據(jù)msg初步確定數(shù)據(jù)m是自己需要的。
建立安全連接
Bob生成隨機(jī)數(shù)nonce作為Alice與Bob之間的會(huì)話密鑰。
Bob從blockchain中查找didAlice并獲得其DID文檔，其中包含其公鑰PKA。
Bob使用didAlice的公鑰pkA加密didBob和nonce，得到密文cipher.。
Bob使用didBob的私鑰skBob對(duì)Hash(didBob,nonce)進(jìn)行簽名,得到簽名sig。
Bob前Alice發(fā)送cipher和sig，作為連接請(qǐng)求的參數(shù)。
Alice解密cipher得到didBob和nonce。
Alice根據(jù)didBob在區(qū)塊鏈上查詢其DID文檔獲得其公鑰pkB。
Alice用pkB以及didBob和nonce驗(yàn)證簽名sig的有效性。若有效，則可以進(jìn)行安全連接;若無效，則放棄連接或者重新發(fā)起連接。
數(shù)據(jù)“試吃”與傳輸
(1) Alice用會(huì)話密鑰nonce加密“試吃”數(shù)據(jù)m_try，得到E(m_try)。
(2) Alice向Bob發(fā)送E(m_try)以及Hash(m_try)。
(3) Bob解密E(m_try)得到m_try，并驗(yàn)證Hash(m_try)，證明數(shù)據(jù)完整性。
(4) Bob試用m_try，進(jìn)一步確定數(shù)據(jù)m是自己需要的。
公平交易
Bob向Alice發(fā)送交易請(qǐng)求，建立安全連接。
Alice生成隨機(jī)數(shù)k和r作為對(duì)稱密鑰. 其中k用于加密m, r用于加密k。
Alice計(jì)算k, r和m的承諾K=k\*G, R=r\*G, M=m*G，并保存到區(qū)塊鏈。
Alice計(jì)算m和r的密文E(m)=m+k, z=E(k)=k+r。
Alice根據(jù)didBob從區(qū)塊鏈上獲得didBob的公鑰pkB，然后加密z得到密文E(z)。
Alice將K,R,E(m),E(z)發(fā)送給Bob。
Bob用私鑰skB解密E(z)，得到z=k+r。
Bob根據(jù)didAlice從區(qū)塊鏈中獲得didAlice的公共參數(shù)G以及數(shù)據(jù)m的承諾M。
(9) Bob驗(yàn)證E(m)\*G=M+K, z\*G=K+R.驗(yàn)證通過后向Alice發(fā)送成功的消息。E(m)\*G=M+K驗(yàn)證數(shù)據(jù)m與承諾M對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)是否一致以及k是否為密文E(m)的密鑰; z\*G=K+R驗(yàn)證密鑰k與承諾K對(duì)應(yīng)的密鑰是否一致以及r是否為密文z的密鑰。
(10) Bob發(fā)布智能合約以及參數(shù)R。
(11) Alice收到Bob發(fā)送的驗(yàn)證成功的消息后將r發(fā)布到區(qū)塊鏈中。
(12) 智能合約驗(yàn)證R=r\*G，驗(yàn)證成功后執(zhí)行交易，將r發(fā)送給Bob，Token發(fā)送給Alice。
(13) Bob收到r后，計(jì)算k=z-r, m=E(m)-k。
數(shù)據(jù)使用
(1) Bob使用交易的數(shù)據(jù)m。
(2) Bob反饋對(duì)數(shù)據(jù)m的評(píng)價(jià)并將其保存在區(qū)塊鏈中。
目前，區(qū)塊鏈密碼技術(shù)已成功應(yīng)用于通付盾DApp的多個(gè)實(shí)際場(chǎng)景中并長期穩(wěn)定運(yùn)行。通付盾DApp為用戶提供安全、隱私、去中心化聯(lián)結(jié)工具。
#加密云盤 #加密分享
在通付盾DApp的“加密云盤”和“加密分享”功能中，利用區(qū)塊鏈密碼，DApp實(shí)現(xiàn)了：數(shù)據(jù)云端加密存儲(chǔ)，密鑰只由用戶自己保管，只有自己可以授權(quán)解密，保障用戶的數(shù)據(jù)主權(quán);實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)加密分享，數(shù)據(jù)分享通道安全且秘密。
#密信消息
在通付盾DApp的“密信”功能中，區(qū)塊鏈密碼適配了語音電話、視頻電話、文字、表情、聲音消息、圖片消息、文件消息等各種數(shù)據(jù)類型，保障“密信”消息的安全性和秘密性。
#數(shù)字身份
通付盾DApp中的“數(shù)字身份”是區(qū)塊鏈數(shù)字身份，在區(qū)塊鏈密碼的去中心化環(huán)境下，用戶的公私鑰體系取代傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的賬戶體系。用戶具有完全的自主性，私鑰本地生成，從中導(dǎo)出公鑰再變換出地址，非常隱秘，自己給自己開賬戶，不需要中介。公私鑰成為了用戶可以自證的身份。
數(shù)字化技術(shù)正帶領(lǐng)我們來到了一個(gè)更廣闊的數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，數(shù)字空間的安全是構(gòu)建有序、穩(wěn)定數(shù)字經(jīng)濟(jì)環(huán)境的重要基礎(chǔ)，而安全最重要的核心是信任與隱私，信任成本的降低和數(shù)據(jù)隱私的安全將是加速社會(huì)進(jìn)步的重大推動(dòng)力，這就需要密碼技術(shù)和區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展與結(jié)合。
成立至今，通付盾人始終秉承“誠信、質(zhì)量、效率、價(jià)值”的企業(yè)文化，凝心聚力、務(wù)實(shí)篤行，堅(jiān)持服務(wù)好用戶，保障數(shù)字空間安全。2021年通付盾人將以此為新起點(diǎn)，繼續(xù)為客戶提供更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品及更高效的服務(wù)，承擔(dān)起更多的社會(huì)責(zé)任，為我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)建設(shè)貢獻(xiàn)自己的力量，讓數(shù)字生活更安全更美好!
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