【摘 要】
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数据价值的充分利用离不开数据拥有者之间的数据合作,开展高效安全的多方数据联合计算是打破数据孤岛、实现数据合作的关键环节。本文研究了现有的数据共享模型和方法,针对多方数据计算过程中存在的隐私保护、计算的安全执行等问题进行分析,设计并实现了基于区块链的安全多方计算系统。本文的主要工作由以下几点组成:(1)针对多方计算中公平性和安全性问题,设计了基于区块链的安全多方计算方案。该方案结合区块链技术以增加多
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数据价值的充分利用离不开数据拥有者之间的数据合作,开展高效安全的多方数据联合计算是打破数据孤岛、实现数据合作的关键环节。本文研究了现有的数据共享模型和方法,针对多方数据计算过程中存在的隐私保护、计算的安全执行等问题进行分析,设计并实现了基于区块链的安全多方计算系统。本文的主要工作由以下几点组成:(1)针对多方计算中公平性和安全性问题,设计了基于区块链的安全多方计算方案。该方案结合区块链技术以增加多方计算过程中的公平性,将智能合约作为一个去中心化的第三方,控制安全多方计算的流程,避免了传统方案仅依靠单一参与方进行决策;为了提高系统运行的安全性,降低多个参与方联合作恶窃取用户数据的可能性,该方案设计了参与方的随机选择模块,通过可验证随机函数结合参与方的信用值,从一组参与方中挑选出一部分参与计算,从而降低用户数据泄露的风险;为了提高参与方与区块链交互的效率,该方案构建了多方计算侧链,并采用零知识证明技术实现主链和侧链的数据同步。实验验证了本文所设计方案的有效性。(2)在基于区块链的安全多方计算基础上,提出了基于IPFS的数据安全共享方案,解决了用户数据的安全存储与共享问题。该方案将IPFS作为安全多方计算的数据存储层,通过秘密共享算法和代理重加密机制实现了多方数据的安全存储,使用户能够将数据安全的存储在IPFS的多个节点中,避免了中心化服务器获取用户隐私数据的风险;在数据访问的过程中,本文设计了智能合约实现用户数据的访问权限控制,只有经过用户授权的请求才能访问共享数据;为了在保护隐私的同时提高数据使用效率,提出了代理重加密机制的数据保护策略,保证了即使恶意节点获取了内容标识符,也无法得到解密的明文数据;为了提升共享数据的可用性,本文设计了IPFS数据备份策略,解决了去中心化网络中节点退出导致的数据丢失问题。实验结果表明,本文方法在增加较少时间代价的情况下能够实现数据的安全共享。(3)设计并实现了基于以太坊区块链的安全多方计算原型系统,主要包括计算任务模块、数据共享模块和多方计算模块。计算任务模块主要完成用户与系统的交互,包含了计算任务发布、计算任务查询和计算任务报名等功能;数据共享模块主要完成计算的参与方获取待计算的隐私数据;多方计算模块执行链下多方计算功能。实验结果表明基于区块链的安全多方计算系统的总体可行性。
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