本發(fā)明屬于密碼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種隱私數(shù)據(jù)訪問控制方法，可應(yīng)用于區(qū)塊鏈中不同級別授權(quán)監(jiān)管中心和用戶對區(qū)塊鏈中的加密交易數(shù)據(jù)進行有效的訪問。

背景技術(shù)：

區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一個去中心化的數(shù)據(jù)庫，就像一個共享賬本，記錄所有的比特幣交易信息。作為比特幣的底層技術(shù)，區(qū)塊鏈具有去中心化、開放性、匿名性和不可篡改等特點。在傳統(tǒng)的公有區(qū)塊鏈中，用戶的賬戶信息和交易內(nèi)容等數(shù)據(jù)都是公開的，任何用戶都可以參與記賬和查看交易數(shù)據(jù)，僅僅通過“偽匿名”的方式保護用戶隱私。這雖然增加了用戶對數(shù)據(jù)真實可靠的信心，但對于金融行業(yè)來說，數(shù)據(jù)的完全公開涉及到大量商業(yè)機密和利益，因此有必要使用加密技術(shù)來保護數(shù)據(jù)隱私，同時又要保證監(jiān)管中心比如政府和銀行能夠查看交易內(nèi)容，以防止區(qū)塊鏈中違法交易的進行。這就需要靈活的訪問控制策略來實現(xiàn)對不同用戶訪問權(quán)限的控制。而且隨著區(qū)塊鏈中用戶量劇增，將會產(chǎn)生大量的交易信息，從而造成監(jiān)管不便，因此需要設(shè)定不同級別的監(jiān)管中心來分層監(jiān)管區(qū)塊鏈中交易的進行。

2005年Sahai和Waters提出了屬性加密ABE的概念，ABE分為密文策略屬性加密CP-ABE和密鑰策略屬性加密KP-ABE。在CP-ABE中，密文與訪問策略相關(guān)，密鑰與用戶屬性相關(guān)，只有用戶的屬性滿足密文的訪問控制策略時，用戶才可以解密密文。CP-ABE具有靈活的訪問控制策略，很好地解決了多對多通信的訪問控制問題，但是它沒有考慮屬性之間的相互關(guān)系，不適用于不同級別授權(quán)用戶權(quán)限之間存在上級權(quán)限覆蓋下級權(quán)限的情況。于是2009年Jin Li等提出了分層屬性加密HABE的概念，該方案按照屬性之間的相關(guān)性對屬性集合中的屬性進行分層，從而具有了上層屬性覆蓋下層屬性的性質(zhì)，但該方案基于基本的ABE，缺乏細(xì)粒度的訪問控制。

西安電子科技大學(xué)在其申請的專利“一種分層屬性加密方案”(公開號：105406967A，申請?zhí)枺?01510908416.8，申請日：2016年03月16日)中公開了一種分層屬性加密方案。該方案在加密時對于分層的每個屬性都將分層的訪問結(jié)構(gòu)的對應(yīng)行嵌入進去，從而實現(xiàn)分層和訪問控制相結(jié)合。該方法存在的不足之處是僅針對屬性的重要性對其分層，對于屬性之間相關(guān)性的考慮不夠詳細(xì)，不適用于未來區(qū)塊鏈中需要對各級用戶權(quán)限進行細(xì)粒度分層訪問控制的情況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有的不足，提出一種基于屬性加密的區(qū)塊鏈隱私數(shù)據(jù)訪問控制方法，以加強對區(qū)塊鏈中隱私數(shù)據(jù)的保護，同時保證不同級別授權(quán)監(jiān)管中心和用戶能夠?qū)^(qū)塊鏈中的隱私數(shù)據(jù)進行有效的訪問。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，由使用者向系統(tǒng)提出注冊申請，獲得與使用者身份信息唯一對應(yīng)的身份標(biāo)識ID和使用者屬性集合S_u；權(quán)威中心CA根據(jù)使用者屬性信息為其分發(fā)私鑰SK；交易方A在與交易方B進行交易時，使用分層屬性加密技術(shù)對即將交易的敏感信息進行加密，以保證交易方B和各級授權(quán)監(jiān)管中心都可以解密密文；區(qū)塊鏈中其他非授權(quán)用戶沒有權(quán)限查看加密的交易信息，但可以通過交易密文后面附加的驗證信息驗證交易的有效性，其實現(xiàn)步驟包括如下：

(1)初始化：

(1a)輸入系統(tǒng)安全參數(shù)1^λ，生成階為素數(shù)p的第一乘法循環(huán)群G₀、第二乘法循環(huán)群G₁和有限域Z_p，隨機選擇第一乘法循環(huán)群G₀的生成元g，定義雙線性映射e:G₀×G₀→G₁；

(1b)從有限域Z_p中選取N個元素作為系統(tǒng)屬性，組成系統(tǒng)屬性集合S，按照屬性之間的相關(guān)性將S中的屬性劃分到n棵樹中，設(shè)第i棵樹的深度為l_i，定義l＝max{l_i}_i∈[1,n]表示n棵樹的最大深度，i∈[1,n]；

(1c)隨機選擇第一向量U＝(u_θ)_1≤θ≤l和第二向量U′＝(u′_θ′)_{1≤θ′≤n}，其中，u_θ表示屬性樹的第θ層對應(yīng)的公開參數(shù)，u_θ∈G₀，u′_θ′表示第θ′棵屬性樹對應(yīng)的公開參數(shù)，u′_θ′∈G₀；定義為有限域Z_p中與p互素的元素集合，在中選擇兩個大小不同的隨機數(shù)α和β，計算公開參數(shù)Y＝e(g,g)^α，生成系統(tǒng)參數(shù)PK和主私鑰MK：

PK＝(G₀,g,g^β,Y,U,U′)，

MK＝(α,β)；

(2)身份注冊：

(2a)使用者向系統(tǒng)提出注冊申請，獲取與其真實身份信息對應(yīng)的身份標(biāo)識ID及使用者屬性集合S_u，并提交給權(quán)威中心CA，其中使用者包括普通用戶和監(jiān)管中心，監(jiān)管中心獲取的屬性權(quán)限高于其管轄范圍內(nèi)普通用戶的屬性權(quán)限，

(2b)權(quán)威中心CA驗證使用者的身份標(biāo)識ID及使用者屬性集合S_u的正確性，若正確，執(zhí)行步驟(3)，否則，終止注冊；

(3)密鑰分發(fā)：

(3a)權(quán)威中心CA對使用者屬性集合S_u中第j個屬性a_j，計算其屬性私鑰d_j、私鑰參數(shù)D_j和權(quán)限參數(shù)集合D′_j；

(3b)權(quán)威中心CA計算該使用者的私鑰SK：

其中，D＝g^(α+r)/β是該使用者的私鑰SK中的部分密鑰；

(3c)權(quán)威中心CA將該使用者的私鑰SK通過安全信道發(fā)送給該使用者秘密保存；

(4)加密交易隱私數(shù)據(jù)：

(4a)交易方A制定訪問控制策略P，并通過線性秘密共享體制LSSS構(gòu)造訪問控制結(jié)構(gòu)(M,ρ)，其中M是c行d列的生成矩陣，ρ是將集合{1,2,...,δ,...,d}中的元素映射到密文策略屬性集L中屬性的映射，密文策略屬性集L是訪問控制策略P中所有屬性的集合；

(4b)選擇隨機秘密值生成秘密值s的d個秘密份額{s_δ}_δ∈[1,d]，其中，s_δ是秘密值s的第δ個秘密份額，δ∈[1,d]；

(4c)對于密文策略屬性集L中的第j′個屬性a_j′，計算其屬性密文C_j′和策略參數(shù)C′_j′；

(4d)交易方A輸入要加密的交易明文信息m，生成密文E：

其中，是包含交易明文信息m的部分密文，C＝g^βs是包含秘密值s的部分密文；

(5)上傳交易數(shù)據(jù)：

(5a)交易方A通過安全簽名算法Sig對密文E及附加驗證信息M′進行簽名，將生成的初步簽名文件σ_A發(fā)給交易方B；

(5b)交易方B收到初步簽名文件σ_A，解密其中的密文E，查看交易信息正確無誤后，對初步簽名文件σ_A進行簽名，生成最終簽名文件σ_B，并廣播至區(qū)塊鏈；

(6)執(zhí)行交易：

(6a)系統(tǒng)在一段時間內(nèi)選出記賬最快最好的記賬員F；

(6b)記賬員F將包含這段時間內(nèi)所有交易信息的數(shù)據(jù)區(qū)塊在區(qū)塊鏈中廣播，區(qū)塊鏈中每個節(jié)點都可以對該數(shù)據(jù)區(qū)塊中的交易信息進行驗證，如果交易信息真實有效，就將該區(qū)塊添加到區(qū)塊鏈中；

(6c)記賬員F使用加法同態(tài)算法對交易雙方A和B的賬戶余額進行變更；

(7)訪問密文：

(7a)用戶或監(jiān)管中心在查看某條交易信息的具體內(nèi)容前，首先驗證自己的屬性集合S_u是否滿足訪問控制策略P：

若不滿足，則無法正確執(zhí)行解密操作；

若滿足，則選出滿足訪問控制策略P的授權(quán)集合S′_u，執(zhí)行步驟(7b)，其中，

(7b)在授權(quán)集合S′_u中選出能覆蓋密文策略屬性a_j′的使用者屬性a_j，其中a_j∈S_u；

(7c)計算使用者屬性a_j的解密權(quán)限值d′_j和雙線性對

(7d)對區(qū)塊鏈中交易信息的密文E解密，得到交易明文信息m。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

第一，本發(fā)明由于使用加密技術(shù)對區(qū)塊鏈中的交易隱私數(shù)據(jù)加密，解決了傳統(tǒng)的公有區(qū)塊鏈中所有數(shù)據(jù)公開帶來的隱私泄露問題，實現(xiàn)了對區(qū)塊鏈中交易敏感信息的隱私保護；

第二，本發(fā)明由于使用分層屬性加密技術(shù)與線性秘密共享體制LSSS相結(jié)合，實現(xiàn)了對區(qū)塊鏈中交易密文的細(xì)粒度分層訪問控制，交易方只要在訪問控制策略中加入自己的權(quán)限，就可以使其所屬的監(jiān)管中心具有訪問該交易密文的權(quán)限，從而避免了交易方在使用訪問控制策略加密交易信息時故意不讓監(jiān)管中心查看的情況發(fā)生。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實現(xiàn)總流程圖；

圖2為本發(fā)明中加密交易隱私數(shù)據(jù)的子流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的描述。

參照附圖1，本發(fā)明的實現(xiàn)步驟如下。

步驟1，初始化。

輸入系統(tǒng)安全參數(shù)1^λ，生成階為素數(shù)p的第一乘法循環(huán)群G₀、第二乘法循環(huán)群G₁和有限域Z_p，隨機選擇第一乘法循環(huán)群G₀的生成元g，定義雙線性映射e:G₀×G₀→G₁；

從有限域Z_p中選取N個元素作為系統(tǒng)屬性，組成系統(tǒng)屬性集合S，按照屬性之間的相關(guān)性將S中的屬性劃分到n棵樹中，設(shè)第i棵樹的深度為l_i，定義l＝max{l_i}_i∈[1,n]表示n棵樹的最大深度，i∈[1,n]；

隨機選擇第一向量U＝(u_θ)_1≤θ≤l和第二向量U′＝(u′_θ′)_{1≤θ′≤n}，其中，u_θ表示屬性樹的第θ層對應(yīng)的公開參數(shù)，u_θ∈G₀，u′_θ′表示第θ′棵屬性樹對應(yīng)的公開參數(shù)，u′_θ′∈G₀；定義為有限域Z_p中與p互素的元素集合，在中選擇兩個大小不同的隨機數(shù)α和β，計算公開參數(shù)Y＝e(g,g)^α，生成系統(tǒng)參數(shù)PK和主私鑰MK：

PK＝(G₀,g,g^β,Y,U,U′)，

MK＝(α,β)。

步驟2，身份注冊。

使用者向系統(tǒng)提出注冊申請，獲取與使用者真實身份信息對應(yīng)的身份標(biāo)識ID及使用者屬性集合S_u，并提交給權(quán)威中心CA，其中使用者包括普通用戶和各級監(jiān)管中心，監(jiān)管中心獲取的屬性權(quán)限高于其管轄范圍內(nèi)普通用戶的屬性權(quán)限；

權(quán)威中心CA驗證使用者的身份標(biāo)識ID及使用者屬性集合S_u的正確性，若正確，執(zhí)行步驟3，否則，終止注冊。

步驟3，密鑰分發(fā)。

(3a)設(shè)使用者屬性集合S_u中第j個使用者屬性a_j位于第i棵屬性樹，其深度為h，其路徑為R_j＝(a_j0,a_j1...,a_jk,...,a_jh)，其中，k∈[0,h]，a_jk是使用者屬性a_j的路徑R_j中第k層的相應(yīng)屬性，權(quán)威中心CA選擇用于抵抗共謀攻擊的隨機數(shù)對于使用者屬性a_j，選擇屬性隨機數(shù)r_j∈Z_p，并計算其屬性私鑰d_j、私鑰參數(shù)D_j和權(quán)限參數(shù)集合D′_j：

其中，u′_i表示第i棵屬性樹對應(yīng)的公開參數(shù)，u_k是屬性樹第k層的公開參數(shù)，是屬性樹第h+1層到第l_i層的公開參數(shù)；

(3b)權(quán)威中心CA計算該使用者的私鑰SK：

其中，D＝g^(α+r)/β是該使用者的私鑰SK中的部分密鑰。

(3c)權(quán)威中心CA將該使用者的私鑰SK通過安全信道發(fā)送給該使用者保存。

步驟4，加密交易隱私數(shù)據(jù)。

參照附圖2，本步驟如下：

(4a)交易方A制定訪問控制策略P，通過線性秘密共享體制LSSS構(gòu)造訪問控制結(jié)構(gòu)(M,ρ)，其中M是c行d列的生成矩陣，ρ是將集合{1,2,...,δ,...,d}中的元素映射到密文策略屬性集L中屬性的映射，密文策略屬性集L是訪問控制策略P中所有屬性的集合；

(4b)選擇隨機秘密值從有限域Z_p中隨機選擇c-1個隨機數(shù)v₂,...,v_c，構(gòu)造隨機向量v＝(s,v₂,...,v_c)^T，生成秘密值s的d個秘密份額{s_δ}_δ∈[1,d]：

s_δ＝M_δ·v，

其中，M_δ是生成矩陣M的第δ行，δ∈[1,d]，s_δ是與策略屬性a_j′對應(yīng)的秘密值s的第δ個秘密份額；

(4c)設(shè)密文策略屬性集L中的第j′個策略屬性a_j′位于第i′棵屬性樹，其深度為h′，其路徑為R_j′＝(a_j′0,a_j′1,...,a_j′k′,...,a_j′h′)，其中，k′∈[0,h′]，a_j′k′是策略屬性a_j′的路徑R_j′中第k′層的相應(yīng)屬性，對于策略屬性a_j′，根據(jù)映射ρ選擇其對應(yīng)的秘密份額s_δ，并計算其屬性密文C_j′和策略參數(shù)C′_j′：

其中，u′_i′表示第i′棵屬性樹對應(yīng)的公開參數(shù)，u_k′是屬性樹第k′層的公開參數(shù)；

(4d)交易方A輸入要加密的交易明文信息m，生成密文E：

其中，是包含交易明文信息m的部分密文，C＝g^βs是包含秘密值s的部分密文。

步驟5，上傳交易數(shù)據(jù)。

(5a)交易方A通過安全簽名算法Sig對密文E及附加驗證信息M′進行簽名：

其中，σ_A是交易方A簽名后的初步簽名文件，附加驗證信息M′包含了比特幣的金額數(shù)量和來源信息，s_A是交易方A的簽名私鑰，||表示級聯(lián)運算，ID_A是交易方A的身份標(biāo)識；

(5b)交易方A將初步簽名文件σ_A發(fā)給交易方B，交易方B收到初步簽名文件σ_A后，對其中的密文E解密，查看交易信息正確無誤后，交易方B運行簽名算法Sig對初步簽名文件σ_A進行簽名，生成最終簽名文件σ_B：

其中，s_B是交易方B的簽名私鑰，ID_B是交易方B的身份標(biāo)識；

(5c)交易方B將最終簽名文件σ_B廣播至區(qū)塊鏈。

步驟6，執(zhí)行交易。

系統(tǒng)在一段時間內(nèi)選出記賬最快最好的記賬員F；

記賬員F將包含這段時間內(nèi)所有交易信息的數(shù)據(jù)區(qū)塊在區(qū)塊鏈中廣播，區(qū)塊鏈中每個節(jié)點都可以對該數(shù)據(jù)區(qū)塊中的交易信息進行驗證，如果交易信息真實有效，就將該區(qū)塊添加到區(qū)塊鏈中；

記賬員F使用加法同態(tài)算法對交易雙方A和B的余額進行變更。

步驟7，訪問密文。

(7a)用戶或監(jiān)管中心在查看某條交易信息的具體內(nèi)容前，首先驗證自己的屬性集合S_u是否滿足訪問控制策略P：

若不滿足，則無法正確執(zhí)行解密操作；

若滿足，則選出滿足訪問控制策略P的授權(quán)集合S′_u，其中

(7b)在授權(quán)集合S′_u中選出同時滿足以下3個條件的能覆蓋策略屬性a_j′的使用者屬性a_j：

使用者屬性a_j在第i棵屬性樹中，策略屬性a_j′在第i′棵屬性樹中，二者滿足i＝i′；

使用者屬性a_j的深度h與策略屬性a_j′的深度h′之間滿足：h≤h′；

使用者屬性a_j的路徑R_j＝(a_j0,a_j1,...,a_jk,...,a_jh)與策略屬性a_j′的路徑R_j′＝(a_j′0,a_j′1,...,a_j′k′,...,a_j′h′)之間滿足：當(dāng)k＝k′時，a_jk＝a_j′k′，其中k∈[0,h]，k′∈[0,h′]；

(7c)對于覆蓋策略屬性a_j′的使用者屬性a_j，計算其解密權(quán)限值d′_j和雙線性對

其中，d_j是屬性私鑰，是權(quán)限參數(shù)集合D′_j中的元素，表示使用者屬性a_j的權(quán)限參數(shù)，a_j′,h+1,a_j′,h+2,...,a_j′h′是密文策略屬性a_j′的路徑R_j′中第h+1層到第h′層的相應(yīng)屬性，C_j′是策略屬性a_j′的屬性密文，D_j是策略屬性a_j′的私鑰參數(shù)，C′_j′是策略屬性a_j′的策略參數(shù)，u′_i′表示第i′棵屬性樹對應(yīng)的公開參數(shù)，u_k′是屬性樹第k′層的公開參數(shù)，a_j′k′是策略屬性a_j′的路徑R_j′中第k′層的相應(yīng)屬性，k′∈[0,h′]；

(7d)對區(qū)塊鏈中交易信息的密文E進行解密，得到解密后的交易明文信息m：

其中，是包含交易明文信息m的部分密文，C是包含秘密值s的部分密文，D是使用者私鑰SK中的部分密鑰，λ_δ為集合{λ_δ}_δ∈I中第δ個參數(shù)，λ_δ∈Z_p，集合{λ_δ}_δ∈I是根據(jù)LSSS方案的重構(gòu)性質(zhì)得到的參數(shù)集合，I＝{δ:ρ(δ)∈S′_u}，ρ(δ)表示用映射ρ將δ映射到密文策略屬性集L中的策略屬性a_j′，s_δ是與策略屬性a_j′對應(yīng)的秘密值s的第δ個秘密份額。

通過以上步驟，將分層的密文策略屬性加密技術(shù)與線性秘密共享體制LSSS相結(jié)合，并應(yīng)用到區(qū)塊鏈的交易過程中，從而實現(xiàn)了對區(qū)塊鏈中交易敏感信息的加密保護和分層訪問控制。