面向边缘计算的区块链隐私保护机制研究

作     者：张家俊 

作者单位：重庆邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐光侠

授予年度：2022年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：边缘计算 区块链 隐私保护 密文策略属性加密 同态加密 

摘      要：5G技术的发展不断地推动短视频、自动驾驶等应用的落地,使得互联网接入流量呈指数式上涨趋势,边缘计算目前已成为新的业务增长点,受到研发人员和学者们的广泛关注。伴随行业数字化进程的不断深入,学术界和产业界对边缘安全逐渐提高重视,但是目前对于边缘计算的安全问题仍有待进一步探究,如边缘节点数据易被损毁、隐私数据缺乏保护、访问控制管理不足等问题持续对用户隐私造成威胁。区块链具备数据不可篡改、记录可溯源、多节点共识等特征,将区块链应用于边缘计算研究领域,能够为边缘计算提供信任机制,为边缘系统建立完整安全保障和数据防伪存证,打通不同边缘之间的信息孤岛,促进边缘计算多级网络协同。本论文主要围绕边缘计算设备接入认证机制和区块链数据传输模型展开理论研究,主要研究内容和具体创新如下:1.针对传统边缘计算架构难以为海量边缘计算设备提供安全接入认证和数据安全管理服务的问题,提出一种基于区块链的边缘计算设备安全接入认证方案。首先,构建一种多层次边缘计算架构。其次,设计基于三重加密算法和星际文件存储系统的初始化流程。再次,设计基于密文策略属性加密的接入认证机制以实现对接入设备的身份认证和接入管理。此外,本方案提出基于区块链的边缘计算设备白名单机制,在提高系统安全性的同时减少因重复认证所造成的资源损耗。最后,通过方案安全性和功能性分析、算法复杂度及执行效率等实验证明该方案的可行性。2.针对传统区块链交易模型难以保护敏感数据隐私的问题,提出一种基于同态加密的区块链数据隐私保护方案。首先,使用密钥管理中心生成的同态密钥对区块链账户及交易的敏感数据加密,保证链上数据以密文状态存储。其次,在用户发起交易请求时进行交易合法性验证,并在交易执行完成后对账户信息进行更新,且支持密文状态的交易正确性验证。此外,密钥管理中心可以查看账户和交易具体信息,对交易发挥起监管作用。最后,通过加密算法性能测试、区块链相关操作测试等实验表明,本方案具备良好的性能表现,在区块链安全领域具有一定的应用价值。