基于区块链的数据安全共享与受控分发技术研究与实现

数据共享与数据分发是社会发展的必然趋势,与此同时,由数据共享引发的安全问题同样需要关注。区块链具有可溯源、不可篡改的特性,可以有效解决传统数据共享与分发方案带来的单点故障问题,同时保护数据安全。文章提出一种基于区块链和密码学的数据安全共享与受控分发模型,模型包括数据上传算法、数据共享算法和数据分发算法,采用IPFS存储数据,利用区块链记录数据从上传到共享与分发的整个过程,具有良好的可追溯性,可充分保障数据的安全。     

区块链赋能的高效物联网数据激励共享方案

近年来,随着大量设备不断地加入物联网中,数据共享作为物联网市场的主要驱动因素成为了研究热点.然而,当前的物联网数据共享存在着出于安全顾虑和缺乏激励机制等原因导致用户不愿意参与共享数据的问题.在此背景下,区块链技术为解决用户的信任问题和提供安全的数据存储被引入到物联网数据共享中.然而在构建基于区块链的安全分布式数据共享系统的探索中,如何突破区块链固有的性能瓶颈仍然是一个关键挑战.为此,本文研究了基于区块链的高效物联网数据激励共享方案.该方案首先提出了一个高效的区块链物联网数据激励共享框架,称为ShareBC.ShareBC利用分片技术构建能够并行处理数据共享交易的异步共识区,并在云/边缘服务器上和分片异步共识区上部署高效的共识机制,从而提高数据共享交易的处理效率.然后,为激励物联网用户参与数据共享,提出了一种基于智能合约实现的层次数据拍卖模型的共享激励机制.该机制解决了物联网数据共享中涉及的多层数据分配有效性问题,能够最大限度地提高整体社会福利.最后,实验结果证明了该方案的经济效益、激励兼容性和实时性以及可扩展性,且具有较低的计算成本和良好的实用性.     

基于区块链的电子健康记录安全存储模型

针对现有中心化信任背景下电子健康记录存储存在的安全风险,提出一种基于区块链的电子健康记录安全存储模型。模型首先设计了新的电子健康记录区块链存储结构,解决了现有存储模型实用性不强的问题;然后优化了区块链中区块入链的工作流程,减少了点对点（P2P）网络中的信息传播量;最后设计了基于随机数选举的共识机制,提高区块入链的时间效率。将提出的模型在Hyperledger中进行模拟实验,并将所提出的共识机制与现有共识机制进行性能对比。实验结果表明,提出的存储模型具有较高的安全性和更好的运行时间效率。该模型适用于区块链在医疗卫生领域的应用,为电子健康记录的安全共享提供了支撑。     

基于区块链的水利数据共享平台开发与应用研究

针对水利政务各部门存在业务纵向独立,跨部门数据共享与业务协同困难等问题,为提升水利政务办事效率与群众满意度,研究并实现一种基于区块链技术的水利数据共享平台。利用区块链分布式共享、不可篡改等特性,将水利数据去中心化存储;采用应用服务与数据管理分离的架构模型与一致性访问接口,解决各水利应用间的数据共享问题;结合智能合约与数字签名技术,实现数据访问与共享的去信任化和智能化。该研究已应用于围绕电子采砂证照的水利数据共享场景中,应用分析表明：平台可实现水利数据去中心化存储与访问,实现水利数据的跨部门安全可信共享,提高水利政务协同工作效率,研究成果可为各地方、 部门和层级间政务数据的安全互通起示范作用。     

基于跨链的医疗数据安全共享方案

医疗机构之间的医疗数据共享对于实现跨医院诊断并促进医学研究发展有着举足轻重的作用.为了解决医疗机构之间医疗数据共享困难的问题,我们提出了一种基于跨链的医疗数据安全共享方案.采用中继链、跨链网关和数据链结合的跨链架构,结合AES和CP-ABE加密算法进行细粒度的医疗数据访问控制.同时利用可搜索加密技术实现医疗数据的安全搜索.为缓解区块链的计算存储开销,将IPFS和区块链相结合,链下存储密文,链上存储密文地址和密钥.通过安全性分析和实验证明,该方案在医疗数据安全共享方面具有可行性.     

一种基于区块链的大健康数据存储和共享模型

针对各类机构健康数据共享困难、用户隐私保护不力等问题,提出一种基于区块链的大健康数据存储和共享模型,实现居民健康数据的安全存储和共享.为了处理跨链交易数据,保证数据跨域流转过程中的安全性、完整性、一致性,提出基于联盟链的双链网络模型.其中,联盟链存储数据的hash摘要、存储地址、关键字密文;大健康联盟链存储数据跨域访问记录,并利用代理重加密技术对跨域数据进行重加密操作.为了防止节点共谋并提高共识效率和模型容错率,设计一种基于节点信誉的当值节点选择方案.通过安全性分析和仿真实验得出方案的安全性与高效性,证明其适用于大健康数据存储和共享模型.     

基于门限秘密共享的区块链分片存储模型

针对存储原因所导致的区块链技术难以在大型业务场景应用的问题,提出了一种基于门限秘密共享的区块链分片存储模型。首先由共识节点使用改进的Shamir门限,将要上链的交易数据进行分片处理;其次,共识节点基于分片数据构造不同的区块,并分发给现存于区块链网络中的其他节点进行存储;最后,当节点要读取交易数据时,在从分发到交易数据分片的n个节点中的k个节点请求数据,并利用拉格朗日插值算法进行交易数据的恢复。实验结果表明,该模型在保证了上链数据安全性、可靠性、隐私性的同时,每个节点的数据存储量约为传统存储方法的1/（k-1）,从而有利于区块链技术在大型业务场景的应用。     

基于区块链的微电网数据安全共享方案

新能源发电因具有不稳定的特点,给当前微电网的安全稳定运行带来数据集中存储、数据泄露、共享困难等问题。结合区块链的分布式架构、数据安全透明可追溯、去中心化等特点,设计一个微电网数据安全共享方案。在初始化阶段,用户需要完成账户注册并将智能电表接入数据采集器,利用改进的ElGamal加密算法对采集的数据进行加密,将打包好的数据区块对外广播,发起共识,采用积分取代传统区块链共识机制中的代币进行流通,待各节点达成共识后将数据包存储在链下数据库中,并将其存储地址返回至链上进行存储。数据共享的实现则需查询方提交访问申请,智能合约自动执行完成数据的共享。实验结果表明,该方案能够有效抵御51%攻击、内部攻击、修改攻击等,算法效率较传统算法提高3倍,且系统开销不足165p,交易吞吐量最高接近300 tx/s,明显提高了交易速率并保证数据的安全共享。     

基于区块链的电子医疗病历共享方案

针对当前各医疗相关机构间数据共享困难、数据隐私易泄露等问题,提出了一个基于区块链的电子医疗病历（EHR）共享方案。首先,基于区块链不可篡改、去中心化、分布式存储的特点,设计了基于区块链的EHR数据共享模型,采用区块链网络和分布式数据库共同存储加密的EHR及相关访问控制策略,防止EHR数据被篡改和泄露;其次,将分布式密钥生成（DKG）技术与基于身份的代理重加密（IBPRE）技术相结合,设计了数据安全共享协议,协议使用委托权益证明（DPOS）算法选取代理节点,重加密EHR,实现单对用户间的数据共享。安全性分析表明,所提方案能够抵抗身份伪装和重放攻击。仿真实验与对比分析表明,DPOS算法的效率高于工作量证明（POW）算法,略低于实用拜占庭容错（PBFT）算法,但所提方案去中心化程度更高,耗费算力较小。     

一种基于区块链的工伤康复流程管理模型

现有的工伤康复流程管理过程存在审批工作难以监管、患者隐私难以保障和业务数据难以共享等安全性问题.本文提出了一种基于区块链技术的工伤康复流程管理模型,包括数据的存储和共识算法的实现,能够有效地解决上述难题.     

基于区块链和亲友节点的电子健康记录安全共享方案

区块链技术在电子健康记录安全共享上具有巨大潜力,然而,目前的解决方案存在着如存储空间大和共识效率低等问题。为此,提出了一种基于区块链和亲友节点的新方案。首先,采用分布式文件系统将用户完整的电子健康记录存储在线下服务器,并构建用户的亲友节点集,每个用户的数据由其亲友节点冗余存储,链上仅存储区块头信息,降低了存储空间;其次,设计了基于多签名技术的数据访问机制,采用Shamir秘密共享机制将用户的私钥分发给其亲友节点,亲友节点中的过半数可以利用自己的私钥重建出用户私钥,解决紧急情况下的数据访问问题;最后提出了基于信用的拜占庭容错共识机制,将信用值排名前10%的节点作为领导者节点集,采用随机算法在领导者节点集中生成主节点,提高了共识安全性。实验结果表明,所提方案所需的链上存储空间是现有方案的1/7,数据访问效率提高了15倍,同时在保证较好时延和吞吐量的情况下,具有更高的共识安全性。所提方案可实现电子健康记录的安全高效共享,为区块链在医疗领域应用提供案例。     

一种基于双链模型的分区共识协议

针对目前分区模型中区块链的存储容量不能随着分区的增加而同步扩展以及分区算法存在的安全性问题,提出一种基于双链模型的分区共识协议(dual blockchain-based sharding consensus protocol,DB-SCP)。首先通过基于哈希链和交易链的双链分区存储模型来设计验证信息共享机制和交易差异化存储机制,实现了区块链的存储容量随分区的增多而同步增加;其次,采用基于节点投票份额的分区方法将节点权益拆分到不同的分区,有效防止了分区中权益过多节点的出现;最后采用VRF函数改进分区内共识算法,保证了验证者选取的随机性,且使用密钥演变技术保证了交易的前向安全性。安全性分析表明,基于投票份额的分区方式既稳定又安全,实验结果表明该协议有着良好的性能优势,存储容量较传统区块链模型提升了30%~70%。     

基于双链的可扩展物联网模型

针对当前区块链和物联网结合面临的存储和交易吞吐量压力进行了研究,提出一种基于双链的可扩展物联网模型.首先,设计了基于交易链和哈希(hash)链的双链存储结构和分区模型,通过交易链差异化存储降低了节点的存储压力,通过hash链提升了系统的整体安全性,并实现了全网数据的自由交易;其次,提出了一种并行多块创建协议(parallel multi-blocks creation protocol,PMCP),降低了系统共识时延,提高了系统的吞吐量,具有良好的可伸缩性;最后,提出了基于信誉的验证者和领导者选举算法,保证了节点选择的随机性和公平性,避免了系统中心化问题,设计了节点信誉值的评估机制,保证了协议的安全性.实验结果表明,该模型存储容量较传统区块链模型有大幅度提升,提高了区块链系统的可扩展性,PMCP协议的吞吐量和时延要明显优于PBFT等协议,所提信誉机制激励节点作出理性选择,可以很好地提升网络的安全性.     

属性基加密和区块链结合的可信数据访问控制方案

传统的数据存储方式往往采用集中式架构,这种集中式存储架构容易产生信任和安全问题.文章提出一种属性基加密和区块链结合的可信数据访问控制方案,将对称加密算法和属性基加密算法结合,实现了数据所有者对数据的细粒度访问控制,保障了数据所有者的隐私保护权利.同时,文章将区块链技术和分布式存储相结合,区块链上仅存储数据及密文位置的哈...     

基于联盟区块链的医疗健康数据安全模型

传统医疗信息系统中总是存在医疗健康数据安全存储难和共享难的问题,不同身份的人员在访问和共享医疗健康数据时都受到比较严格的限制,且验证身份和数据的真实性需要大量的资源和时间。针对传统医疗信息系统中存在的存储集中、共享安全性低和达成一致困难等问题,提出了一个基于联盟区块链的医疗健康数据安全模型。该模型根据目前的医疗资源分布情况将医疗机构划分等级,使用股份授权证明机制(Delegate Proot of Stake,DPOS)和实用拜占庭机制(Practical Byzantine Fautt Tolerante,PBFT)结合的混合共识机制保证在没有中心节点的情况下联盟中医疗机构可以快速达成一致,共享医疗健康数据;并根据区块链去中心、安全可信和防止篡改等特点,将数据记录及其他重要信息存储在区块链上,而将完整医疗数据加密存储在分布式数据库(Distributed Database,DDB)中,在安全存储用户医疗健康数据的同时,提高了数据在各医疗机构间的共享效率。安全性分析表明,该模型在容错范围内可以保护医疗健康数据,防止其被篡改和共谋;一致性分析表明,该模型有99%的概率保证联盟中医疗机构达成共识并共享医疗数据。     

SDN多控制器共识机制研究综述

[背景]伴随着区块链逐渐应用于新一代互联网络的域名、路由、公钥等基础设施,其重要性日益彰显.作为区块链以及整个分布式系统领域的核心技术,共识机制直接影响着区块链的处理能力、可扩展性及安全性,也影响着其在互联网基础设施中的根基.[目的]对软件定义网络SDN(Software Defined Network)中用于实现多控...     

基于区块链技术的健康医疗数据隐私加密控制系统设计

为确保电子健康记录系统尽快实现安全地医疗数据共享,克服传统隐私加密控制模型访问时延增长率较高,控制效果不够平稳的问题,本文基于区块链技术对健康医疗数据隐私加密控制系统进行了设计研究。采用C/S体系结构,设计了4层的基于区块链技术的的加密控制系统硬件。在系统软件的软件部分,采用了基于无证书公钥体制的内容提取签名方案,完成了对健康医疗数据隐私保护功能的设计。采用区块链技术,提出了数据加密访问控制方法MDACSC,在该方法中设计区块结构和链式存储结构,将后序遍历策略树匹配算法与分类分级属性算法应用到访问控制结构中提升访问控制效率,完成对健康医疗数据的加密访问控制。采用PoP-DPoS算法设计了改进共识机制,以确定记账权归属,优化了加密控制方法。经实验测试实现了对健康医疗数据隐私的加密控制,结果表明:该模型访问时延增长率较低,具有平稳、高效的访问控制性能,密文小、加密成本低,解密成本极高,并且数据安全系数达到了0.98,说明该系统总体应用效果良好。     

基于区块链的分布式无人机数据安全模型

针对无人机协同作业信息安全和数据通信问题,提出一种基于区块链的分布式无人机数据安全模型。首先,利用轻量化加密技术重构无人机区块链结构,设计适用于物联网边缘计算场景的分布式区块链网络模型;然后,调用智能合约实现区块链数据的安全共享,并结合信誉评估方案和代理权益证明思想,提出融合共识协议的的工作量证明方法完成数据交易。实验结果表明：作为数据安全共享实例,所提方法可使受攻击的无人机信誉值降至不可信任状态,并在不同攻击模式下的能够有效抑制恶意攻击,执行自适应工作量证明的共识算法的正常节点交易率可提升3-4倍,为无人机数据共享提供了安全保障。