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基于paillier同态加密的区块链交易隐私保护的应用研究

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基于Paillier同态加密的区块链交易隐私保护的应用研究

作者：李建珍东南大学

学位级别：硕士

随着新一代数字货币——比特币的兴起,其底层支撑技术区块链也受到社会的关注,并被认为是信息互联网向价值互联网转换的基石。但是区块链技术体系依赖于全局账本的公开透明化,为了达成各个参与方的共识,必须要满足所有参与方都能查看及... 详细信息

随着新一代数字货币——比特币的兴起,其底层支撑技术区块链也受到社会的关注,并被认为是信息互联网向价值互联网转换的基石。但是区块链技术体系依赖于全局账本的公开透明化,为了达成各个参与方的共识,必须要满足所有参与方都能查看及验证其他参与方的交易数据,共同维护全局账本,这就引发了交易隐私泄露问题。因此,交易隐私保护研究成为当前区块链技术研究的重要方向。本文在对与区块链密切相关的密码学算法以及现有隐私保护方案分析的基础上,提出一种基于paillier同态加密的区块链交易隐私保护方案,并将其应用于经典的区块链平台以太坊中。本文的主要工作如下:(1)设计了基于paillier同态加密的以太坊隐秘交易方案。本文通过对现有区块链交易隐私保护方案和经典同态加密算法的研究分析,设计了基于paillier同态加密的以太坊隐秘交易方案。根据以太坊账户模型的特点,设计了金额隐藏方案;基于密文交易合法性验证原理,设计了交易验证方案;并可以对交易完成后的账户余额进行更新。(2)设计并实现了基于paillier同态加密的以太坊隐秘交易系统。根据设计的隐秘交易方案,构造了隐秘交易结构体与隐秘交易验证规则,设计并实现了基于paillier同态加密的以太坊隐秘交易系统,主要包括交易发起模块的设计与实现、交易验证模块的设计与实现以及更新账户余额模块的设计与实现。(3)测试了基于paillier同态加密的以太坊隐秘交易系统。对基于paillier算法的以太坊隐秘交易系统进行了隐秘交易有效性的功能测试,测试结果表明本文所设计实现的方案在以太坊中能够实现用户交易隐私的保护。与当前隐私保护效果最佳的Zcash区块链相比,测试结果表明,本文所设计实现的方案表现出更好的交易存储性能和更高的算法效率。

关键词：区块链交易隐私保护 paillier同态加密以太坊

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多级敏感区域室内定位中的隐私保护算法

计算机应用研究 2024年第4期41卷 1184-1190页

作者：宋威燃黄芯怡乐燕芬上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

随着城市智能化发展,室内定位技术已成为各类位置服务的重要应用基础。在一些室内应用场景中,服务器端需要在保护用户位置隐私的前提下,完成特定区域的用户访问统计。为此,提出了一种基于布隆过滤器和paillier同态加密的多级敏感区域室... 详细信息

随着城市智能化发展,室内定位技术已成为各类位置服务的重要应用基础。在一些室内应用场景中,服务器端需要在保护用户位置隐私的前提下,完成特定区域的用户访问统计。为此,提出了一种基于布隆过滤器和paillier同态加密的多级敏感区域室内定位算法,旨在保护用户位置隐私的同时服务器能判断用户是否进入特定区域。算法根据区域的类别或敏感级别对室内进行划分,利用paillier算法对服务器端和用户端的数据进行加密,设计了一种改进的基于布隆过滤器的算法在密文域完成用户位置的判定,减少了加密运算带来的巨大通信开销与计算开销。在公共数据集上的实验结果表明,与已有的空间布隆过滤器算法相比,提出的哈希数组合并算法在同样的通信和计算开销时具有更低的误判率,也可扩展至其他应用中实现多类数据集的编码。

关键词：位置隐私布隆过滤器 paillier同态加密误判率

融合电力数据的纵向联邦学习企业排污预测模型

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计算机应用 2024年

作者：王心妍杜嘉程钟李红徐旺旺刘伯宇佘维嵩山实验室郑州大学计算机与人工智能学院郑州大学网络空间安全学院国网河南省电力公司信息通信份公司

针对企业排污难以监测和控制的问题，在考虑数据安全共享和隐私保护前提下，提出了一种整合电力数据的纵向联邦学习企业排污预测（Vertical Federated Learning Enterprise Emission Prediction,VFL-EEP）模型。首先，在纵向联邦学习框... 详细信息

针对企业排污难以监测和控制的问题，在考虑数据安全共享和隐私保护前提下，提出了一种整合电力数据的纵向联邦学习企业排污预测（Vertical Federated Learning Enterprise Emission Prediction,VFL-EEP）模型。首先，在纵向联邦学习框架下改进逻辑回归模型，在不泄露电力和环保企业排污监测数据的前提下，允许将数据的使用和模型训练分离；然后，通过改进逻辑回归算法使其能够结合paillier加密技术保证模型参数传递安全，有效解决纵向联邦学习中参与方之间通信不安全问题。最后，通过对仿真数据进行实验，与集中式逻辑回归建模的排污预测结果：相比本文在隐私安全的前提下融合电力数据，准确率、召回率、精确率和F1值分别提升了8.92%、7.62%、3.95%和11.86%，有效实现隐私保护和模型性能的均衡。

关键词：纵向联邦学习逻辑回归算法隐私求交 paillier同态加密数据共享

基于群签名和同态加密的联盟链双重隐私保护方法

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计算机研究与发展 2022年第1期59卷 172-181页

作者：刁一晴叶阿勇张娇美邓慧娜张强程保容福建师范大学数学与信息学院福州350117 福建省网络安全与密码技术重点实验室(福建师范大学) 福州350117

区块链账本公开,以实现交易的溯源与可验证,但账本的透明使得区块链用户的隐私成为一个亟待解决的问题.为了解决联盟链交易中的交易金额和身份的隐私暴露问题,提出了基于群签名和同态加密的联盟链双隐私保护方法,在满足交易溯源和可验... 详细信息

区块链账本公开,以实现交易的溯源与可验证,但账本的透明使得区块链用户的隐私成为一个亟待解决的问题.为了解决联盟链交易中的交易金额和身份的隐私暴露问题,提出了基于群签名和同态加密的联盟链双隐私保护方法,在满足交易溯源和可验证的前提下,实现收付款者身份和交易金额的隐私保护.将群签名中群的概念与联盟链恰当结合,并提出一种部分身份匿名的概念,使方案能够满足对其他交易节点匿名,同时确保主要节点可验证.并利用paillier同态加密的加同态性质验证交易的合法性,保护交易金额的隐私.提出主要节点的4步验证方法,通过对群签名、账户所属权和交易金额合法性的验证,实现主要节点对交易合法性的监管.通过分析,该方案可以抵抗篡改攻击和公钥替换攻击,且交易合法性验证合理,最后,通过与其他方案的对比分析,该方案的计算开销是合理的.

关键词：联盟链身份隐私交易金额隐私群签名 paillier同态加密

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一种区块链交易信息的隐私保护方案

重庆邮电大学学报（自然科学版） 2022年第6期34卷 1048-1055页

作者：于金霞穆瑞杰秦榕霞张静河南理工大学计算机科学技术学院河南焦作454000

针对区块链用户交易的隐私性问题,提出了一种基于多项式承诺的交易隐私保护方案(transaction privacy protection scheme based on polynomial commitments,TPP-PC)。利用多项式在随机点处的承诺值对交易金额进行隐藏和绑定,实现对用户... 详细信息

针对区块链用户交易的隐私性问题,提出了一种基于多项式承诺的交易隐私保护方案(transaction privacy protection scheme based on polynomial commitments,TPP-PC)。利用多项式在随机点处的承诺值对交易金额进行隐藏和绑定,实现对用户交易金额的隐私性保护,并且降低承诺开销;采用智能合约和零知识证明,在无可信第三方的情况下,在智能合约处利用零知识证明验证交易的合法性,有效防止交易金额在传输过程中被篡改,达到交易金额始终正确的效果;通过paillier同态加密算法,实现在密文状态下完成账户更新,保证交易金额在存储过程中的安全。通过对方案正确性、安全性和性能的分析,表明方案既能对交易数据进行加密,又能实现用户链下交易信息的隐私,有效防止恶意者篡改数据,保证交易双方交易信息的安全性,综合优势较明显。

关键词：多项式承诺零知识证明智能合约 paillier同态加密

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物联网环境下分布式的隐私保护数据聚合方案

小型微型计算机系统 2023年

作者：施鑫垚王静宇刘立新内蒙古科技大学信息工程学院中国人民大学信息工程学院

为了解决在物联网场景下数据聚合中存在的中心化存储、隐私信息泄露、依赖可信第三方等问题，本文提出了工业物联网环境下分布式的隐私保护数据聚合方案(Distribued privacy-preserving data aggregation scheme，DPPDA)。首先通过区块... 详细信息

为了解决在物联网场景下数据聚合中存在的中心化存储、隐私信息泄露、依赖可信第三方等问题，本文提出了工业物联网环境下分布式的隐私保护数据聚合方案(Distribued privacy-preserving data aggregation scheme，DPPDA)。首先通过区块链技术与雾计算设计了一个分层分布式存储数据聚合架构，实现数据的去中心化存储；并且提出了基于阈值同态加密算法结合随机值噪声值对数据加密，实现用户数据隐私保护并且系统不依赖于完全可信的密钥管理中心;此外，结合Bloom过滤器与批量验证签名算法设计了一个高效的匿名签名验证机制，实现用户身份的隐私保护。安全分析和仿真测试验证本方案安全可行，有较好的抗攻击性和较低的计算成本。结果表明，本方案能够在物联网的数据聚合过程中保护用户数据隐私并具有较好性能。

关键词：区块链数据聚合隐私保护 paillier同态加密雾计算

一种基于paillier和FO承诺的新型区块链隐私保护方案

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信息安全研究 2023年第4期9卷 306-312页

作者：李洋王萌萌朱建明王秀利王友卫中央财经大学信息学院北京10081 国家金融安全教育部工程研究中心(中央财经大学) 北京102206

区块链是一种共享数据库,具有高度去中心化和可追溯性等优良特性.然而,数据泄露仍然是区块链交易的一大难题.为了解决这个问题,提出了带变量k的paillier同态加密(paillier homomorphic encryption with variable k, KPH)方案,这是一种... 详细信息

区块链是一种共享数据库,具有高度去中心化和可追溯性等优良特性.然而,数据泄露仍然是区块链交易的一大难题.为了解决这个问题,提出了带变量k的paillier同态加密(paillier homomorphic encryption with variable k, KPH)方案,这是一种新型区块链隐私保护策略,使用RSA公钥加密算法隐藏交易信息,利用FO承诺对交易金额的合法性进行零知识证明,并通过paillier半同态加密算法的加法同态性更新交易金额.与典型的paillier算法不同,KPH方案的paillier算法包含变量k,并结合函数L和中国剩余定理,将算法的时间复杂度从O(|n|^(2+e))降低到O(log n),使算法解密过程更加高效.

关键词： paillier同态加密中国剩余定理 FO承诺公钥加密算法隐私保护区块链

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基于区块链的图像防篡改加密方法研究

基于区块链的图像防篡改加密方法研究

作者：李田兰州理工大学

学位级别：硕士

数字图像作为多媒体通信的重要载体,在通信、医疗、军事等方面都发挥着重要作用。为了避免图像数据的隐私泄露,图像加密技术在国家安全防护、商业利益保障和个人隐私维护等都有举足轻重的影响。但是,加密的图像数据信息依然存在着被恶... 详细信息

数字图像作为多媒体通信的重要载体,在通信、医疗、军事等方面都发挥着重要作用。为了避免图像数据的隐私泄露,图像加密技术在国家安全防护、商业利益保障和个人隐私维护等都有举足轻重的影响。但是,加密的图像数据信息依然存在着被恶意攻击、篡改、复制或恶意使用等安全隐患问题。区块链技术凭借抗篡改、透明化、分布式等安全特性广泛应用于图像安全领域,但来自性能、成本、扩展等服务质量与隐私安全方面的技术挑战也愈发严峻。因此,论文主要针对现有图像加密方法不能有效抵抗差分攻击、安全隐私性不高、易篡改滥用、不易抵抗几何攻击等攻击的威胁、以及加解密效率不高等问题,利用区块链的安全特性,对基于区块链的图像防篡改加密等关键技术开展了研究。主要研究工作为:1.为了解决现有图像加密方法不能有效抵抗差分攻击、鲁棒性弱、安全隐私性不高、易篡改等问题,提出了一种基于区块链和Lorenz超混沌S盒的图像防篡改加密方案。首先提取原始图像明文像素值,与Lorenz超混沌序列进行异或实现一轮扩散;然后利用Lorenz超混沌S盒对扩散后的像素值进行二轮扩散完成图像加密,并将加密后的图像转化为256位的密文图像哈希码;最后利用智能合约来完成密文图像哈希码的IPFS存储和防篡改检测。实验结果表明,与现有方案相比该方案通过链上链下的双重防篡改机制不仅保证了图像数据传输过程的安全性,使得攻击者无法通过加密哈希得到准确的原始图像,并通过智能合约实现了密文图像信息自动化安全存储和篡改检测。2.为了确保图像共享、传输和交易等应用中图像数据的安全性,实现授权用户图像交易的可追溯和篡改检测,以及提高图像加密算法的安全性和加解密效率、鲁棒性等性能,提出了一种基于区块链和同态加密的可追溯图像防篡改加密方案。首先采用paillier算法和分块加密技术对图像进行加密,利用提升小波变换(LWT)、奇异值分解(SVD)对加密图像提取特征图像后,通过动态S盒对二进制水印信息进行置乱、扩散、异或后生成零水印图像,实现无损的嵌入溯源信息;然后通过智能合约将零水印图像及其密钥存至星际文件系统(IPFS)来控制图像交易,以实现图像的可追溯;最后,利用智能合约检测零水印图像的不准确位和误码率,实现图像的篡改检测。实验结果表明,该方案能够实现隐私数据以密文状态分发和计算,加解密效率高,且零水印算法具有较强的抗攻击能力和鲁棒性。在兼顾图像隐私保护和安全存储的同时,较好地解决了加密图像的篡改检测和溯源问题。

关键词：图像防篡改区块链智能合约 Lorenz超混沌S盒 paillier同态加密

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基于区块链的可监管电子投票技术研究

基于区块链的可监管电子投票技术研究

作者：王习琴桂林电子科技大学

学位级别：硕士

电子投票是指通过网络和计算机实现选举投票的方式,电子投票相较于传统投票具有不受区域限制、人力物力消耗少、方便快捷等优点。但电子投票也存在一些问题,如不诚实的参与者出于利益驱动会恶意篡改数据,电子投票系统发生故障时,会出现... 详细信息

电子投票是指通过网络和计算机实现选举投票的方式,电子投票相较于传统投票具有不受区域限制、人力物力消耗少、方便快捷等优点。但电子投票也存在一些问题,如不诚实的参与者出于利益驱动会恶意篡改数据,电子投票系统发生故障时,会出现漏记、误记问题。区块链技术具有去中心化、分布式和数据不可篡改等技术特性,可以为电子投票提供解决方案,电子投票与区块链的结合成为了近年来热门的研究课题。但是在基于区块链的电子投票中,如果恶意用户利用违规违法数据在链上进行操纵、诈骗或谣言传播等恶意操作,将会对投票结果带来负面影响。对于投票过程中可能产生的违规违法数据例如政治敏感词、涉黄词汇、辱骂词汇等,逐渐增多的数据量以及区块链的不可篡改特性使得区块链上的数据监管愈发困难,导致链上大量数据无法有效管理而被非法分子恶意利用,因此如何保障投票过程中的数据监管问题也尤为重要。本论文针对当前电子投票中的安全需求以及链上电子投票违规违法数据的监管问题,对国内外相关研究进行了调研。同时结合区块链技术、paillier同态加密以及密文策略属性基加密技术设计基于区块链的可监管电子投票方案,实现稳定性强、安全性高、可靠性高以及违规违法数据可监管的电子投票机制。具体地,本文的研究工作如下:(1)针对电子投票中所存在的数据被恶意篡改、结果被漏记误记以及投票过程中的安全隐私问题,利用区块链技术的不可篡改特性设计基于区块链的电子投票方案,实现电子投票结果不可篡改以及智能合约自动计票效果。同时本文还采用密文策略属性基加密技术和paillier同态加密技术实现对投票项目的访问控制和投票者的隐私保护。理论与实验分析表明了该方案具有很好的适用性。(2)针对区块链电子投票中因数据量增多原因导致违规违法数据难以管理的问题。本文通过关键信息屏蔽方法进行用户端访问的过滤与屏蔽,以处理影响能力较小或变化频率较高的违规违法信息。而对于影响力较大、基本固定不变的违规违法信息则拟采用轻量级交易标记屏蔽方法便于普通业务节点根据共识机制自动屏蔽和隐藏相关信息。最后,通过理论分析与实验分析表明,本方案能够实现对链上违规违法数据的监管。

关键词：电子投票区块链智能合约密文策略属性基加密 paillier同态加密