【摘 要】
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随着数字化进程不断加速,大数据规模有指数级增长的趋势。未来的大数据存储多呈现为分布式、跨机构的特点,数据作为机构最核心资产,传统集中式数据治理方式的局限性和弊端日趋明显。首先,不同主体之间缺乏信任,数据关系不能跨机构产生连接,无法进一步挖掘更深层次的价值。其次,数据集中化存储处理,不能排除中心化机构从利益角度出发,主动或被动作恶的可能。再次,“大中心”、“大服务”的模式使得用户作为数据的实际生产者
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随着数字化进程不断加速,大数据规模有指数级增长的趋势。未来的大数据存储多呈现为分布式、跨机构的特点,数据作为机构最核心资产,传统集中式数据治理方式的局限性和弊端日趋明显。首先,不同主体之间缺乏信任,数据关系不能跨机构产生连接,无法进一步挖掘更深层次的价值。其次,数据集中化存储处理,不能排除中心化机构从利益角度出发,主动或被动作恶的可能。再次,“大中心”、“大服务”的模式使得用户作为数据的实际生产者,无法真正的拥有对自己数据的占有权,更无法获得数据本身及挖掘价值所带来的收益。因此,亟需一种不依赖于任一可信机构的去中心化数据治理模型,以便进一步促进大数据流转和传播,更充分发挥大数据的价值。同时,传统中心化的数据治理中,隐私保护通常由第三方可信机构通过服务的形式呈现,在无可信中心的情况下,协议多会出现公平性、可靠性及强壮性等问题。本文针对传统中心化数据治理存在的问题,借助区块链技术去中心化、去信任的特点,从实现跨机构、跨组织大数据可信共享流通出发,并针对访问控制中的隐私保护技术、可搜索加密技术、隐私计算技术等方面开展研究。具体内容如下:（1）针对传统中心化数据治理导致的“数据孤岛”、“数据竖井”等问题,结合区块链技术、基于属性加密（CP-ABE）、星际文件系统（Inter-Planetary File System,IPFS）等技术,提出一种以用户为中心的数据安全共享方案（Blockchain-based Security Data Sharing Scheme,BBSDS）。数据拥有者（The data owner,DO）能够制定相应的访问策略,实现对数据细粒度的访问控制。借用区块链中非同质化代币（Non-Fungible Token,NFT）的思想,通过Token实现对主体的身份管理,在将身份信息嵌入密文中与属性相关的撤销列表后,实现对数据属性级别的权限撤销。与其它方案对比分析表明,本方案只需要与区块链进行1次交互,便可以高效实现细粒度的权限撤销。（2）针对基于属性构造的访问控制与加密技术在应用到区块链场景下,本文分析了访问策略及属性可能暴露用户隐私信息的问题,提出了一种具有隐私保护能力的基于区块链的访问控制模型（Privacy-Preserving BBSDS,PP-BBSDS）。PP-BBSDS 主要是对（1）中的BBSDS方案进行补充,提出一种改进型的布隆过滤器（Improving Bloom Filter,IBF）,打破BBSDS在构造访问控制策略时策略矩阵的行号与属性值的对应关系,从而保护访问策略中可能泄露的用户属性信息。与其它方案对比分析表明,本方案能够实现细粒度访问控制的同时,不会在链上泄露任何隐私信息,并且不会增加太多存储和时间开销。（3）针对（1）中的BBSDS方案,数据标签和搜索记录可能泄露用户隐私信息的问题,本文首先分析了传统可搜索加密技术在无可信中心的情况下,存在公平性和可靠性的问题,并提出了一种基于区块链的可搜索加密方案（Blockchain-based Fair And Reliable Searchable Encryption,BFR-SE）。方案首先在CP-ABE思想的基础上,提出了一种可验证的基于属性可搜索加密算法（Verifiable Attribute-based Searchable Encryption,VABSE）。DO在创建数据密文索引并上传至服务提供商的同时,将一些辅助信息上链。数据使用者（The Data User,DU）在搜索完成后,可验证任意不诚实行为,如果发现结果存在问题,则可向区块链发起仲裁申请,由智能合约判决。与其它方案对比分析表明,BFR-SE中区块链只有在出现纠纷时进行仲裁,大大的节约了链上的存储与计算资源。（4）为了进一步分离数据使用权与占有权,本文首先分析了传统安全多方计算协议在无可信中心的情况下,存在公平性和强壮性的问题,并提出了一种基于区块链的安全多方计算方案（Blockchain-Based Fair and Robust Multi-Party Computation Scheme,BFR-MPC）。BFR-MPC利用EOS区块链为每个参与者维护了一个名誉值,名誉值越高的节点越容易被选中参与计算并获取收益。在每一轮中,参与计算的节点必须在规定时间之前公布正确的结果。最后,本文还通过博弈论证明了方案的公平性。与其它方案对比分析可得,本方案不局限于某种特定场景,且同时具备公平性和强壮性,参与者每轮只需要与区块链进行1次交互,并且复杂的计算操作外包给能力较强的MPC节点在链外执行,效率较高。
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