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基于准循环奇偶校验码的McEliece密码研究

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基于准循环奇偶校验码的McEliece密码研究

作者：杨蕊江西理工大学

学位级别：硕士

随着近些年来互联网技术的蓬勃发展,人们的物质生活得到了较大的改善。然而,现实中伴随科技发展的是诸多的信息安全问题,譬如,信息在传输过程中被盗取、篡改,这已经成为通信领域内的热点问题。现阶段经典的公钥密码算法受限于算法复杂... 详细信息

随着近些年来互联网技术的蓬勃发展,人们的物质生活得到了较大的改善。然而,现实中伴随科技发展的是诸多的信息安全问题,譬如,信息在传输过程中被盗取、篡改,这已经成为通信领域内的热点问题。现阶段经典的公钥密码算法受限于算法复杂度高等缺陷,难以满足通信环境日益复杂的需要,针对这一问题新一代抗量子计算机算法应运而生。为了克服传统算法密钥存储量大等问题,文中在总结了现阶段基于线性码的McEliece公钥密码方案的基础上,与传统的Mc Eliece公钥密码体制相结合,提出了安全性高的基于QCMDPC码的Mc Eliece公钥密码系统。论文的主要研究内容如下:（1）针对安全级别较高的情况下,Mc Eliece公钥密码方案误码率较高的问题,文中基于传统的比特译码翻转算法提出了一种新的译码方法。首先,将一串比特分为两组,同时增加了并行译码器,这样不仅能够显著减小译码操作数,也可以提高方法对QC-MDPC码的译码速率;其次,对准循环奇偶校验码的译码误差概率做出分析,每迭代一次时选择改进的阈值;最后,将初始的比特译码算法和改进的比特译码算法在不同安全级别下进行比较。实验结果表明,文中方法较传统方法而言取得了更好的效果。（2）针对经典的公钥密码系统容易遭受到信息集译码攻击的问题,提出了一种更具安全性的QC-MDPC-Mc Eliece公钥密码体制。为了更好的改善算法的效果,文中选取3个矩阵应用到密钥生成阶段,利用特殊结构将原始校验矩阵置乱,从而增强校验矩阵的密度,以改变原公钥结构的稀疏性,迷惑攻击者。实验结果表明,文中所提方法能够抵抗如信息集译码攻击等一系列线性译码攻击。（3）针对传统的准循环奇偶校验码容易遭受GJS攻击等问题,文中设计了一种基于RS码与QC-MDPC码级联的Mc Eliece公钥密码方案。文中在分析了Guo等人所提的GJS攻击方法的基础上,通过增加公钥和私钥的复杂性减小由于特殊结构的差错图样带来的威胁。译码阶段,利用最佳阈值表达式得到最大耗能的仿真值,经过分析该级联码的误码率可以忽略,因此能够抵抗GJS攻击。与原方案相比,虽然该级联码会导致公钥系统的密钥量增大,但是提高了安全性。

关键词：抗量子计算 QC-MDPC码公钥密码 McEliece RS码 GJS攻击

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基于区块链的生鲜农产品供应链系统研究

基于区块链的生鲜农产品供应链系统研究

作者：王蒙蒙江西理工大学

学位级别：硕士

随着食品安全事故频繁发生和人们对生鲜农产品品质的追求不断提高,保证优质的生鲜农产品供应链至关重要。本研究利用区块链技术的去中心化特性来解决生鲜农产品供应链中的痛点问题,包括溯源难、交易成本高、监管难、供应环节不透明等。... 详细信息

随着食品安全事故频繁发生和人们对生鲜农产品品质的追求不断提高,保证优质的生鲜农产品供应链至关重要。本研究利用区块链技术的去中心化特性来解决生鲜农产品供应链中的痛点问题,包括溯源难、交易成本高、监管难、供应环节不透明等。本研究主要做了以下贡献:(1)分析当前已有生鲜农产品供应链系统的不足之处,并对关键参与者和信息进行了分析和梳理。设计一个满足市场需求和用户需要的生鲜农产品供应链系统方案。该方案引入了边缘计算来解决生鲜农产品供应链中的负载大、查询速度慢和隐私数据保护等问题,从而提高了区块链系统性能和实时识别、定位和跟踪农产品状态的能力,为生鲜农产品的生产、流通和销售提供更多的支持和安全保障。(2)通过对区块链技术进行分析,设计了最新颖的双链架构的生鲜农产品供应链系统模型,该模型采用两条链分别用于产品详细溯源信息监管和产品交易控制执行,有效解决了传统农产品供应链架构存在的问题,实现了溯源监管和信息交互安全,对于交易信息,采用分布式账本技术进行存储到交易链上,实现信息交互的安全隐私保护,避免了信息被恶意篡改的风险。产品信息链上存储产品从生产到售出的溯源信息,进行全链路的溯源监管,确保数据不会被随意篡改。该模型不仅实现了生鲜农产品供应链中的可追溯性、高透明性和信息共享,又能很好的保证企业的隐私安全。相对于其他基于区块链的供应链系统,该系统供应链各环节的节点间数据交互性更好,交易更可靠,且有效提高生鲜农产品的溯源质量和监管效率。并使用Hyperledger Caliper工具,测试该交易系统的吞吐量和传输时延等指标,验证该双链架构的系统模型的优越性。(3)基于Hyperledger Fabric搭建区块链开发环境,使用Go语言开发实现生鲜农产品供应链系统,实现了生鲜农产品的信息溯源和交易支持过程,并通过一个运输提案的案例,更好地可视化系统模型中的区块链网络交易流程。实验结果表明,系统在保证信息安全的基础上具有完备的交易功能和良好的运行效率,并使用docker技术对系统的性能进行了测试,验证该系统模型下的生鲜农产品供应链系统,具备良好的性能,且在透明可追溯、信息共享、调度的实时控制及供应链各环节交互性等方面具有突出优势。

关键词：区块链技术智能合约双链架构边缘计算生鲜农产品供应链

基于联盟链的物联网水质监测数据高效共识与访问控制研究

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基于联盟链的物联网水质监测数据高效共识与访问控制研究

作者：李恩宁江西理工大学

学位级别：硕士

随着5G技术的发展普及,物联网的应用也已深入生活中的方方面面,因其具有全天候、自动化、对地形要求低的优点,在水质监测领域中的应用也具有广阔的前景。但对于物联网设备所监测采集到的水质数据,却存在数据互通不彻底、孤岛现象明显的... 详细信息

随着5G技术的发展普及,物联网的应用也已深入生活中的方方面面,因其具有全天候、自动化、对地形要求低的优点,在水质监测领域中的应用也具有广阔的前景。但对于物联网设备所监测采集到的水质数据,却存在数据互通不彻底、孤岛现象明显的问题。此外,水质数据一般由环境监管者集中管理,存在数据丢失以及数据篡改等风险,这样不仅损害了所获取的水质数据的公信力,也容易滋生腐败。区块链技术去中心化、防篡改的优点可以解决以上问题,但是目前的联盟链所采用的共识方法又存在效率低、通信开销大的问题,极易耗费资源。此外,在考虑到实际应用时,为避免敏感数据的泄露,也应该对用户的访问进行必要的控制。因此,本文提出了基于联盟链的物联网水质监测数据高效共识和访问控制方案,本文所做的主要工作如下:(1)提出了基于一致性哈希算法的高效共识算法,以传统的PBFT共识算法为基础,优化主节点和领导节点的选择方式,提高该过程的公平性和随机性,打破PBFT共识算法由中心节点主导整个共识过程的局面,从而提高整个区块链网络的安全性。经过分析研究,本文所提出的CH-PBFT共识算法在节点安全性、共识过程安全性方面均具有较好的优势,同时本文所提出的方案也可以有效抵御分布式拒绝服务攻击。(2)优化共识过程,由传统的相互通信平方级通信开销优化为单向通信的多项式级通信复杂度,使整个共识过程的网络通信开销大为降低,更加适合大量节点参与的应用环境。同时,也提高了共识效率,降低了共识时延、增加了吞吐量。经过计算分析和实验测试,本文提出的共识算法改进方案通信复杂度为O(N),且通信开销远低于PBFT共识算法和部分改进算法,同时,100节点时,平均共识延迟约为500ms,吞吐量也可达到500-700笔/秒。(3)根据我国目前水资源相关管理部门的组织结构设计了主侧链相结合的多层数据存储联盟链模型,将主要数据存储在基层联盟侧链,高级联盟主链则主要存储数据摘要,进一步降低数据传输量。(4)改进了基于属性的访问控制机制,分别使用访问控制链和用户认证链代替普通的服务器,并且在用户身份注册时使用基于身份的代理重加密技术计算公私钥提高安全性。此外,还设计了外部用户访问数据时所调用的智能合约,简化了交互过程。经过分析,本文所提物联网设备验证方案和访问控制方案可以保证通信过程中的安全性。

关键词：水质监测数据物联网技术联盟链共识算法访问控制

基于区块链与代理重加密的电子病历数据安全共享研究

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基于区块链与代理重加密的电子病历数据安全共享研究

作者：杨子江西理工大学

学位级别：硕士

电子医疗病历(Electronic Medical Records,EMR)储存着患者的个人信息以及检查症状、病情诊断、药物使用和医嘱等医疗信息。这些信息对医疗机构和其他机构来说是非常有价值的,实现其共享能为开处方提供数据来源,为研究机构提供研究数据... 详细信息

电子医疗病历(Electronic Medical Records,EMR)储存着患者的个人信息以及检查症状、病情诊断、药物使用和医嘱等医疗信息。这些信息对医疗机构和其他机构来说是非常有价值的,实现其共享能为开处方提供数据来源,为研究机构提供研究数据,为医生制定个性化治疗方案提供参考和依据。但是目前EMR大多由医院内部掌握,各大医院间的医疗信息系统互操作性水平较低,导致患者的医疗卡不能通用,不仅浪费医疗资源,还会给患者增加经济负担,甚至可能会延误患者治疗时间。因此如何进行医疗机构间乃至更多有关机构间的EMR安全共享是目前智慧医疗领域研究的热点。同时电子医疗病历中存储着患者的个人隐私信息,患者也需要知情EMR的使用情况,所以在共享中如何保护隐私以及控制EMR使用是一个研究难题。针对上述问题,本文提出了一种新的电子医疗病历数据安全共享研究方案,本文的主要工作内容如下:(1)针对目前联盟链中常用的拜占庭容错共识算法主节点选取随意,节点加入或退出没有良好的响应机制以及节点较多时共识效率会降低等问题,提出了基于信誉和聚类的动态的拜占庭容错算法(Dynamic-layering Reputation-evaluation and K-medoids Practical Byzantine Fault Tolerant,DRKPBFT)。DRKPBFT算法首先通过K-medoids算法将节点划分为K个共识区域,将传统的实用拜占庭容错机制改进为多中心化,多层次的拜占庭算法,提高了较多节点参与共识时的效率。然后根据其中的信誉评估算法选取可靠的信誉值高的共识节点,剔除信誉值低的拜占庭节点,提高了可靠节点为主节点的概率,减少了共识过程的资源浪费,同时能够动态调整节点加入或退出时的节点数量,这使得其在实现电子病历数据共享方面具有更大的应用前景。(2)为了解决现实中电子病历数据共享中遇到的相关问题,提出了基于类型和条件的单向多跳身份代理重加密方案(unidirectional multi-hop identity proxy re-encryption based on type and conditional,TC-UMH-IPRE)。所提方案与其他代理重加密方案相比,不仅能够实现抗同谋性,非交互式,密文定长等基本属性,还支持条件控制和动态转换加密信息的类型(可共享和不可共享)。此方案不仅能够在电子病历数据安全共享过程中较好地保护患者的隐私,又可以有效避免电子病历被反复授权导致的巨大计算开销问题。(3)提出一种基于联盟链与代理重加密的电子病历数据安全共享研究方案。方案首先构建联盟链与星际文件系统(Inter Planetary File System,IPFS),结合混合存储EMR,即IPFS存储加密的EMR,将返回的IPFS索引值存储联盟链中,这样既能防止第三方服务器篡改数据,又能减轻区块链的存储压力,实现了“链上存证,链下存储”。其次将基于类型和条件的单向多跳身份代理重加密与分布式密钥技术(Distributed Key Generation,DKG)相结合,设计了多中心的医疗数据共享协议,保证了只有患者允许的数据请求者才可访问EMR,不仅保护了患者隐私,而且实现了患者对EMR的细粒度灵活的控制。最后要求数据请求者对EMR的操作记录上链,实现了EMR使用情况的存证追溯,进一步保证了用户知情自己电子病历的使用情况。

关键词：区块链代理重加密星际文件系统共识机制电子病历医疗数据共享