基于區(qū)塊鏈的計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)存儲加密方法

燕 凱，杜 躍，郭 磊，王 杰，吳長寶

（1.國網(wǎng)冀北電力有限公司，北京 100044；2.國網(wǎng)唐山供電公司開平供電中心，河北唐山 063000；3.國網(wǎng)冀北電力有限公司計量中心，北京 100045）

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們的金融資產(chǎn)數(shù)據(jù)不斷發(fā)生變化。與此同時，互聯(lián)網(wǎng)可將生活中各類資產(chǎn)進行計量、評估、交易以及驗證，借助電子設(shè)備和計算機軟件實現(xiàn)各類資產(chǎn)的計量，形成相關(guān)可信數(shù)據(jù)后進行統(tǒng)一的存儲與數(shù)據(jù)加密，可信數(shù)據(jù)存儲加密的過程依賴互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[1-2]。

傳統(tǒng)計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)存儲加密方法只通過互聯(lián)網(wǎng)中心數(shù)據(jù)庫集中存儲可信數(shù)據(jù)，在加密時主要由互聯(lián)網(wǎng)中央數(shù)據(jù)控制中心實現(xiàn)，導(dǎo)致資產(chǎn)計量數(shù)量不準(zhǔn)確、速度緩慢、可信數(shù)據(jù)存儲效率低下、存儲容量小于標(biāo)準(zhǔn)存儲容量、可信數(shù)據(jù)加密過程不安全且效果不明顯等問題。

為此，該文提出了一種新的資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)存儲加密方法。該方法充分利用區(qū)塊鏈的優(yōu)勢，解決傳統(tǒng)計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)存儲加密過程中出現(xiàn)的問題，效率較高。

1 計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)存儲

文中研究需要經(jīng)由區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)，在存儲過程中需要資產(chǎn)的擁有者證明計量資產(chǎn)的數(shù)據(jù)完整性，其資產(chǎn)數(shù)據(jù)完整性和有效性是可信數(shù)據(jù)存儲與加密的根據(jù)，在計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)存儲之前，計量資產(chǎn)信息會以特征信息的方式由計算機軟件程序編輯到區(qū)塊鏈的節(jié)點區(qū)間里[3-4]。

在區(qū)塊鏈節(jié)點區(qū)間計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)存儲中，計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)量將顯著增加，此時區(qū)塊鏈不會出現(xiàn)傳統(tǒng)可信數(shù)據(jù)存儲與加密存儲的膨脹現(xiàn)象，相對于傳統(tǒng)計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)存儲過程，引入?yún)^(qū)塊鏈將大大降低管理難度，不會出現(xiàn)區(qū)塊鏈可信數(shù)據(jù)無法集中管理的情況[5]。

共識算法技術(shù)在區(qū)塊鏈可信數(shù)據(jù)存儲過程中，以樣本元的方式存儲可信數(shù)據(jù)信息，通過這種存儲方式，可以將被測量的每一類資產(chǎn)都存儲到區(qū)塊鏈中，極大地節(jié)省了存儲數(shù)據(jù)信息的空間[6-8]。

該文提出的基于區(qū)塊鏈的計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)存儲加密方法，區(qū)塊鏈中塊頭和塊體在可信數(shù)據(jù)存儲過程中扮演重要角色，區(qū)塊鏈中塊頭需要記錄可信數(shù)據(jù)存儲過程中產(chǎn)生的哈希值和時間戳，并將其保存在區(qū)塊內(nèi)，塊體則需要負(fù)責(zé)計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)存儲過程中所組成的默克爾樹，塊頭和塊體通過計算得到默克爾樹和哈希值，建立的默克爾樹如圖1所示。

圖1 默克爾樹

根據(jù)圖1 默克爾樹修改用戶可信數(shù)據(jù)文件，提高可信數(shù)據(jù)的可信度，默克爾樹計算得到默克爾根與原來數(shù)字不一樣，區(qū)塊鏈中子技術(shù)共識算法決定了計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)的可信度，區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化可以將可信數(shù)據(jù)文件傳送到計算機的客戶端，對客戶的隱私可信數(shù)據(jù)進行實時存儲，通過區(qū)塊鏈中的塊頭實現(xiàn)計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)的存儲和傳輸[9-11]。

2 計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)驗證

區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫具有安全可靠、去中心化、存儲數(shù)據(jù)量大、加密效果顯著等優(yōu)點，應(yīng)用前景較好。該文提出基于區(qū)塊鏈的計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)存儲加密方法，計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)的驗證能夠提高可信數(shù)據(jù)本身的完整性，在對可信數(shù)據(jù)進行驗證時，區(qū)塊鏈上智能數(shù)據(jù)主要以代碼信息的方式存儲在區(qū)塊鏈塊中，如果客戶端觸發(fā)條件滿足客戶的驗證要求，則可根據(jù)觸發(fā)條件自動執(zhí)行可信數(shù)據(jù)的驗證過程，計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)存儲后，再根據(jù)可信數(shù)據(jù)的驗證步驟，部署區(qū)塊鏈中的智能合約，對計量資產(chǎn)的可信數(shù)據(jù)進行驗證，從而實現(xiàn)區(qū)塊鏈計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)的云存儲和驗證[12-14]。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫如圖2 所示。

圖2 區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫

在對計量資產(chǎn)進行可信數(shù)據(jù)驗證時，首先將用戶個人資產(chǎn)信息輸入預(yù)編的以太坊虛擬合約中，根據(jù)以太坊虛擬合約中的驗證標(biāo)準(zhǔn)獲取用戶資產(chǎn)的本地信息，消息獲取后，根據(jù)資產(chǎn)信息類型執(zhí)行可信數(shù)據(jù)獲取結(jié)果，區(qū)塊鏈結(jié)點區(qū)內(nèi)各節(jié)點對以太坊虛擬合約中的資產(chǎn)計量結(jié)果進行對比驗證，對比傳統(tǒng)可信數(shù)據(jù)存儲方式與該文提出的可信數(shù)據(jù)存儲方式之間的差異，驗證計量資產(chǎn)本地信息是否具有數(shù)據(jù)完整性。

對比驗證結(jié)束后，利用區(qū)塊鏈技術(shù)的共識算法技術(shù)，將計量資產(chǎn)的可信數(shù)據(jù)存儲到區(qū)塊鏈中，完成對計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)的驗證，驗證得到散列值可以作為計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)文件唯一標(biāo)識符，用戶可信數(shù)據(jù)文件解密密鑰由用戶本人和因特網(wǎng)管理終端擁有。因此，非用戶本人無法通過因特網(wǎng)地址查看可信數(shù)據(jù)的文件內(nèi)容，具有更高的安全性[15]。數(shù)據(jù)匹配過程如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)匹配過程

3 計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)加密

在驗證可信數(shù)據(jù)后，加密存儲數(shù)據(jù)。在加密過程中，需要對可信數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)進行加密，對計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)的驗證結(jié)果進行加密。

在加密過程中，需要互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的用戶和管理者共同參與，用戶需要提供計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)的存儲容量，并對可信數(shù)據(jù)的傳輸能力進行詳細(xì)說明，說明內(nèi)容主要包括計量資產(chǎn)的種類、數(shù)量、可信數(shù)據(jù)文件的存儲空間、加密方式，用戶將經(jīng)過驗證的可信數(shù)據(jù)結(jié)果整理成數(shù)據(jù)文件，整理完成后上傳到互聯(lián)網(wǎng)客戶端，對計量資產(chǎn)的類型、數(shù)量、文件存儲時間、加密標(biāo)準(zhǔn)、加密范圍等進行詳細(xì)標(biāo)注，然后對計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)的本地數(shù)據(jù)進行解密，解密完成后，由互聯(lián)網(wǎng)管理客戶端對解密結(jié)果進行評估，再由互聯(lián)網(wǎng)平臺對上傳后的可信數(shù)據(jù)進行加密，并在指定范圍內(nèi)進行存儲[16]。

基于區(qū)塊鏈的計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)加密過程如圖4 所示。

圖4 基于區(qū)塊鏈的計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)加密過程

根據(jù)圖4 可知，對可信數(shù)據(jù)的疊加加密，可以采用屬性加密或者代理加密的方式，屬性加密是對網(wǎng)絡(luò)整理的資產(chǎn)進行種類屬性定義，給資產(chǎn)持有者設(shè)定一定的解鎖局限，只有加密屬性滿足區(qū)塊鏈定義的標(biāo)準(zhǔn)，資產(chǎn)的擁有者才有權(quán)對可信數(shù)據(jù)進行實時訪問，而代理加密是借助互聯(lián)網(wǎng)管理終端對計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)進行二次加密，也就是讓互聯(lián)網(wǎng)管理終端成為代理，代替進行可信數(shù)據(jù)加密過程，由于計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)文件在數(shù)據(jù)傳輸之前進行了驗證、存儲處理。所以在數(shù)據(jù)文件加密過程中，以及可信數(shù)據(jù)文件在存儲時，能有效防御攻擊，在對可信數(shù)據(jù)文件完成加密儲存后，區(qū)塊鏈上會通過共識算法技術(shù)將加密過程與存儲結(jié)果寫入?yún)^(qū)塊鏈，區(qū)塊節(jié)點將永久保存可信數(shù)據(jù)的加密記錄和存儲記錄，通過保存的記錄，可以利用區(qū)塊鏈的去中心化形式建立可信數(shù)據(jù)平臺，可信數(shù)據(jù)平臺上設(shè)置了節(jié)點智能區(qū)，節(jié)點智能區(qū)可保障計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)的安全、公正加密，最后根據(jù)可信數(shù)據(jù)的文件信息執(zhí)行加密結(jié)果。

4 實驗分析

為驗證所提方法的性能，與傳統(tǒng)方法進行了對比實驗分析。加密延時實驗結(jié)果如表1 所示。

表1 加密延時實驗結(jié)果

對計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)加密，傳統(tǒng)加密方法通常是對稱加密方式，這種加密方法要求可信數(shù)據(jù)的加密和解密密鑰必須相同，基于安全考慮，互聯(lián)網(wǎng)管理終端和用戶都要保證密鑰的安全性，造成計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)加密效果不明顯，加密過程較為漫長且加密速度緩慢，使可信數(shù)據(jù)的加密效率較低，時效性較差。而該文提出的加密方法為非對稱加密，這種加密方式使計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)的加密和解密過程不需要使用相同的密鑰，在對計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)加密存儲過程中，密鑰在互聯(lián)網(wǎng)和用戶方都處于安全狀態(tài)，即使一方加密的密鑰出現(xiàn)了安全問題，由于哈希值和默克爾樹的相互結(jié)合使用，保障了計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)加密的正常進行，并可在較短時間內(nèi)完成對可信數(shù)據(jù)的加密操作，這樣大大提高了計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)加密的效果，也顯著提高了可信數(shù)據(jù)加密的時效性。得到的存儲數(shù)據(jù)量實驗結(jié)果如圖5 所示。

圖5 存儲數(shù)據(jù)量實驗結(jié)果

根據(jù)圖5 可知，傳統(tǒng)的計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)存儲加密方法中，可信數(shù)據(jù)的存儲方式是將計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)的節(jié)點信息直接寫入?yún)^(qū)塊鏈，節(jié)點的數(shù)量不斷增加，可信數(shù)據(jù)存儲所需要的空間逐漸增大，導(dǎo)致區(qū)塊鏈存儲計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)的壓力也越來越大，在傳統(tǒng)的可信數(shù)據(jù)存儲方法中，區(qū)塊鏈只有一種特征鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，存儲計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)的空間較小，同一區(qū)塊鏈上的區(qū)塊節(jié)點均可以存儲訪問記錄中的所有可信數(shù)據(jù)，對于網(wǎng)絡(luò)用戶來說，存在資產(chǎn)數(shù)據(jù)信息安全問題。而在該文提出的基于區(qū)塊鏈的計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)存儲加密方法中，采用了區(qū)塊鏈與數(shù)據(jù)庫相互結(jié)合的模式，將計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)信息存儲在本地數(shù)據(jù)庫中，并且本地可信數(shù)據(jù)信息存儲的字符節(jié)點相互連接，驗證后的哈希值寫入了區(qū)塊鏈，存儲的空間容量大大提升。

綜上所述，該文提出的基于區(qū)塊鏈的計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)存儲加密方法，利用區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化特點，使計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)存儲加密具有較強的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)支撐，使資產(chǎn)計量數(shù)量更加準(zhǔn)確、提高了計量的速度，與此同時提高了計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)存儲的效率、增大了可信數(shù)據(jù)存儲的空間容量，使可信數(shù)據(jù)加密過程更加安全、加密效果更好。

5 結(jié)束語

該文設(shè)計了一種基于區(qū)塊鏈的計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)存儲加密方法，該方法的優(yōu)勢主要是：對計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)的存儲，主要采用了分布式數(shù)據(jù)存儲方式，通過區(qū)塊鏈上的區(qū)塊節(jié)點完成數(shù)據(jù)的存儲，并且采用了區(qū)塊鏈的共識算法技術(shù)，使哈希值與默克爾根相互結(jié)合，大大增大了可信數(shù)據(jù)存儲的空間；除此之外，對計量資產(chǎn)可信數(shù)據(jù)的加密，采用了非對稱加密的方式，這種方式提高了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)加密的效果，提高了可信數(shù)據(jù)加密的時效性。