CN109241754A - 一种基于区块链的云文件重复数据删除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于区块链的云文件重复数据删除方法,首先对待上传文件进行加密,利用区块链上的信息进行重复数据删除检查;若无重复文件则利用秘密共享技术将已加密文件分割并分发给多个独立的存储服务器,智能合约记录该文件信息并在文件拥有者支付存储费用后提供文件指针;若发现重复文件则文件拥有者无需进行文件分割操作,仅向特定智能合约提供拥有该文件的证明即可获取文件块指针,以节省传输带宽节约存储空间;其后用户通过智能合约持续向存储服务提供者支付费用,同时智能合约持续自动验证文件是否被完好存储,并及时修复缺失或被篡改文件,以确保用户可取回指定数量片段并重构出完整文件,保证文件的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明云存储技术领域,更具体地,涉及一种基于区块链的云文件重复数据删除方法。
背景技术
近年来,云存储因其廉价、使用方便、可扩展性强等特点,受到越来越多个人、企业机构的青睐。云存储使用集群应用、网格技术或分布式文件系统等技术,将网络中大量各种不同类型的存储设备,通过应用软件集合起来协同工作,对外提供标准存储接口,供个人或企业执行文件存储和业务访问功能。
现有的云存储提供商通常用存储多个文件副本的方式保证文件不会轻易丢失,但数量剧增的存储操作带来了大量的冗余副本。为了节省存储服务器存储空间以及减少文件传输过程中的带宽占用,同时又不牺牲文件安全性和系统可靠性,需要一种可靠的重复数据删除方案。其基本思想是在云上只存储及传输单一文件的一份副本,同时要求系统保有可靠性和安全性。
但在云端进行文件重复数据删除,为外包文件的安全性带来了严峻的挑战。传统云存储服务通常要求在上传文件前对文件进行加密,而传统的加密方案包括对称加密和非对称加密,都要求用户使用其独有的密钥进行加密,这使得同一文件经由不同用户加密,将得到不同的密文值,这使得重复数据删除技术难以应用在该情况下。
针对云重复数据删除问题中存在的挑战,已有多个方案从不同角度对其进行解决。有一种基于内部密钥生成方法的云重复数据删除方案,使分布式架构中的异构存储服务器可以在不知道加密文件所用密钥和原文的情况下分辨两份文件是否相同,用来保障文件的保密性;与之类似的,收敛加密方法中,用户使用文件原文的哈希值作为加密密钥,这使得同一文件在不同用户加密时拥有相同的密钥,进而生成相同的密文,然而上述两种方法都无法保证被存储的文件未被恶意篡改;Metadisk方案则提出使用区块链记录文件哈希值,保证迅速发现数据被篡改,并调用系统或其他节点进行文件重构,以此保证系统可靠性,但该方案仍旧使用存储多个相同文件副本的方式增加可靠性。
发明内容
本发明为克服上述现有技术的至少一种缺陷,提供一种基于区块链的云文件重复数据删除方法,其主要技术思想是使用文件共享方法分割文件,通过区块链记录文件信息,使用智能合约进行文件存储交易的自动化进行,避免第三方参与,进而解决了云上文件保密性、完整性和可靠性问题。
详细地,本发明的技术方案如下:
S1:文件持有者采用收敛加密技术对文件F进行加密得到密文C,并计算密文的标签Tag(C),然后与实时更新的区块链交易信息中的标签进行比对,检查该文件是否有重复,其中网络中包含n个存储服务器,i≤n;
S2:如果比对没有发现重复,则计算密文C和第i个对应存储服务器地址的标签值而后对密文C秘密共享计算得到若干文件块{ci},并计算文件块{ci}与对应存储服务器地址的标签值及持有性验证句柄文件f′;最后将S1中算得的文件标签值Tag(C)与S2中计算得到的基于服务器地址的标签值及句柄文件f′上传至业务智能合约,业务智能合约对每个文件块返回一个未签名的交易智能合约;
S3:如果检查发现重复,用户文件持有者计算密文C基于服务器地址的标签值上传至业务智能合约,证明自己持有相应文件,若经业务智能合约验证属实,则业务智能合约对重复文件已经划分的文件块返回一个未签名的交易智能合约;
S4:文件上传者对每个交易智能合约签名,分别将之与文件块及其标签值一同上传至相应存储服务器,存储服务器对接收的交易智能合约签名,发布于区块链网络中,并返回指向所储数据的指针,其中签名为签名者私钥与待签名内容的哈希值;
S5:文件持有者向存储服务器支付费以获取存储服务,该文件存储的付费交易过程通过交易智能合约实现,其文件持有者在对合约进行签名时,将预先存入一定额度的交易费用。
进一步的,步骤S5的付费交易过程具体步骤为:
S501:采用文件可检索性方法检验存储服务器是否持有完整正确的文件块{ci},根据该方法要求,业务智能合约依照预先设定好的时间间隔定期向存储服务器发送基于S2中生成的句柄文件f′及当前区块生成随机数nounce的挑战函数值,存储服务器根据自身存储的文件块值计算回应函数值并返回,业务智能合约根据句柄文件值、挑战函数值、随机数及回应函数值计算验证存储服务器中存储的文件是否被篡改或丢失;
S502:若存储文件被篡改或丢失,则撤回相应交易的交易智能合约,重构该失效文件块后重新分配存储服务器进行存储;若存储文件未被篡改或丢失,则向交易智能合约发出交易触发信号。
S503:当合约被交易触发信号触发时,其自动构造有关对应文件块ci的交易,该交易将一定额度的预存交易费用扣除并转移至存储服务器的交易地址当预存费用消耗完毕时合约终止。或合约在完成前被终止时,剩余费用被退回。
进一步的所述业务智能合约和交易智能合约分别为:
业务智能合约:该智能合约在重复数据删除服务开始前即需发布在区块链上,包含文件可检索性方法的挑战及验证算法、数据重构算法,满足触发条件时此合约可自动执行以上算法,包括S2中用户上传验证信息以及到达S501中设定的时间时。该合约还用来存储文件标签值,验证文件持有者是否持有相应文件或文件块,生成交易智能合约及自动化文件重构;
交易智能合约:由业务智能合约生成,主要用以支付文件存储费用,当接收到S502中的交易触发信号时,该合约自动生成交易脚本并将之广播至区块链以完成付费操作。
与现有技术相比,本发明技术方案的有益效果是:
除了能有效去除重复文件,该方法在仅增加少量冗余的情况下保证了被存储文件的可靠性。同时根据门限方案的原理,可以实现一定程度上的文件保密,且具有一定可扩展性。区块链技术在方案中仅用作数据记录和查询的工具。该技术能在节点无需互相信任的分布式系统中实现基于去中心化信用的交易,其上存储的消息具有公开透明、可信度高、不可篡改、便于查询等特点。区块链结构支持用户匿名地进行文件重复数据删除检查,而无需用户与存储服务器间的通信,这大大增强了对用户个人隐私的保护,有助于实现保密性目标。通过智能合约技术整合了方案中的所有方法,能够实现文件完整性验证与错误、丢失文件的线上重构,全程无需可信第三方的参与,实现流程自动化、透明化、安全化和可信化。
附图说明
图1为本发明的流程图;
图2为本发明的系统框图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;
对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1系统流程图所示,本发明包括以下步骤:
S1:文件持有者采用收敛加密技术对文件F进行加密得到密文C,并计算密文的标签Tag(C),然后与实时更新的区块链交易信息中的标签进行比对,检查该文件是否有重复,其中网络中包含n个存储服务器,i≤n;
S2:如果比对没有发现重复,则计算密文C和第i个对应存储服务器地址的标签值而后对密文C秘密共享计算得到若干文件块{ci},并计算文件块{ci}与对应存储服务器地址的标签值及持有性验证句柄文件f′;最后将S1中算得的文件标签值Tag(C)与S2中计算得到的基于服务器地址的标签值及句柄文件f′上传至业务智能合约,业务智能合约对每个文件块返回一个未签名的交易智能合约;
S3:如果检查发现重复,用户文件持有者计算密文C基于服务器地址的标签值上传至业务智能合约,证明自己持有相应文件,若经业务智能合约验证属实,则业务智能合约对重复文件已经划分的文件块返回一个未签名的交易智能合约;
S4:文件上传者对每个交易智能合约签名,分别将之与文件块及其标签值一同上传至相应存储服务器,存储服务器对接收的交易智能合约签名,发布于区块链网络中,并返回指向所储数据的指针,其中签名为签名者私钥与待签名内容的哈希值;
S5:文件持有者向存储服务器支付费以获取存储服务,该文件存储的付费交易过程通过交易智能合约实现,其文件持有者在对合约进行签名时,将预先存入一定额度的交易费用。
S501:采用文件可检索性方法检验存储服务器是否持有完整正确的文件块{ci},根据该方法要求,业务智能合约依照预先设定好的时间间隔定期向存储服务器发送基于S2中生成的句柄文件f′及当前区块生成随机数nounce的挑战函数值,存储服务器根据自身存储的文件块值计算回应函数值并返回,业务智能合约根据句柄文件值、挑战函数值、随机数及回应函数值计算验证存储服务器中存储的文件是否被篡改或丢失;
S502:若存储文件被篡改或丢失,则撤回相应交易的交易智能合约,重构该失效文件块后重新分配存储服务器进行存储;若存储文件未被篡改或丢失,则向交易智能合约发出交易触发信号。
S503:当合约被交易触发信号触发时,其自动构造有关对应文件块ci的交易,该交易将一定额度的预存交易费用扣除并转移至存储服务器的交易地址当预存费用消耗完毕时合约终止。或合约在完成前被终止时,剩余费用被退回。
图2为本发明系统框图:其中所有参与者加入区块链网络,分别获得一对公私秘钥并据此生成唯一交易及通讯地址。假定有n个云存储服务器参与存储服务,定义第i个存储服务器地址为初始化秘密共享算法{ci}=Share(C),C=Restore({ci})、标签生成算法Tag(·),其中ci为第i个文件块,将包含持有性验证算法PORF(c,r,nounce,f′)及重构算法Restore({ci})的业务智能合约布置在区块链网络中。
文件上传:
为了上传文件F,文件持有者首先对其进行加密。通过文件原文,经由密钥生成算法KeyGenCE生成收敛密钥K=KeyGenCE(F),然后使用该密钥对文件进行加密得到密文C=EncryptCE(F,K)。
在文件上传前还需进行重复数据删除检查,计算Tag(C)后,文件持有者将之与本地保存的区块链交易信息进行对比。
若发现该文件已被上传,则文件持有者为存放在第i个存储服务器的文件块计算标签值上传至业务智能合约并与所存储的信息进行对比,成功则证明其持有文件C,并获得关于该文件块的未签名交易合约。在文件持有者及存储服务器双方对其进行签名后,该交易合约被发布到区块链上,并定时进行文件存在性验证。随后文件持有者获得指向文件块的指针,存储在本地用于取回文件。
若该文件未被上传,则为每个存储服务器i分别计算执行文件分享方法{ci}=Share(C),并将上传至第i个存储服务器,上传至业务智能合约存储。业务智能合约生成关于该文件块的未签名交易合约,在文件持有者及存储服务器双方对其进行签名后,该交易合约被发布到区块链上,并定时进行文件存在性验证。随后文件持有者获得指向文件块的指针,存储在本地用于取回文件。
文件可检索性验证:业务智能合约定期向存储服务器发送基于持有性验证句柄文件f′及当前区块生成随机数nounce的挑战函数值c=PORc(f′),存储服务器根据自身存储的文件块值计算回应函数值r=PORr(ci)并返回;
业务智能合约根据句柄文件值、挑战函数值、随机数及回应函数值计算PORF(c,r,nounce,f′)验证存储服务器中存储的文件是否被篡改或丢失,若是,则撤回相应交易的交易智能合约,重构该失效文件块后重新分配存储服务器进行存储;若否,则向交易智能合约发出交易触发信号。当合约被交易触发信号触发时,其自动构造相应文件块的交易,该交易将一定额度的预存交易费用扣除并转移至存储服务器的交易地址。当预存费用消耗完毕时合约终止。或合约在完成前被终止时,剩余费用被退回。
文件还原使用重构方法:监视核实方法中合约的完成情况,合约通过复原方法C=Restore({ci})重构可能遗失或受损的文件或文件块并分发给新的云存储服务提供者。由于秘密分享方案的特性,在丢失小于一定数量的文件块的情况下算法仍可重构原文件。
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于区块链的云文件重复数据删除方法,其特征在于,包含若干独立的云存储服务器,方法包括以下步骤:
S1:文件持有者采用收敛加密技术对文件F进行加密得到密文C,并计算密文的标签Tag(C),然后与实时更新的区块链交易信息中的标签进行比对,检查该文件是否有重复,其中网络中包含n个存储服务器,i≤n;
S2:如果比对没有发现重复,则计算密文C和第i个对应存储服务器地址的标签值而后对密文C秘密共享计算得到若干文件块{ci},并计算文件块{ci}与对应存储服务器地址的标签值及持有性验证句柄文件f′;最后将S1中算得的文件标签值Tag(C)与S2中计算得到的基于服务器地址的标签值及句柄文件f′上传至业务智能合约,业务智能合约对每个文件块返回一个未签名的交易智能合约;
S3:如果检查发现重复,用户文件持有者计算密文C基于服务器地址的标签值上传至业务智能合约,证明自己持有相应文件,若经业务智能合约验证属实,则业务智能合约对重复文件已经划分的文件块返回一个未签名的交易智能合约;
S4:文件上传者对每个交易智能合约签名,分别将之与文件块及其标签值一同上传至相应存储服务器,存储服务器对接收的交易智能合约签名,发布于区块链网络中,并返回指向所储数据的指针,其中签名为签名者私钥与待签名内容的哈希值;
S5:文件持有者向存储服务器支付费以获取存储服务,该文件存储的付费交易过程通过交易智能合约实现,其文件持有者在对合约进行签名时,将预先存入一定额度的交易费用。
2.根据权利要求1的一种基于区块链的云文件重复数据删除方法,其特征在于:步骤S5的付费交易过程具体步骤为:
S501:采用文件可检索性方法检验存储服务器是否持有完整正确的文件块{ci},根据该方法要求,业务智能合约依照预先设定好的时间间隔定期向存储服务器发送基于S2中生成的句柄文件f′及当前区块生成随机数nounce的挑战函数值,存储服务器根据自身存储的文件块值计算回应函数值并返回,业务智能合约根据句柄文件值、挑战函数值、随机数及回应函数值计算验证存储服务器中存储的文件是否被篡改或丢失;
S502:若存储文件被篡改或丢失,则撤回相应交易的交易智能合约,重构该失效文件块后重新分配存储服务器进行存储;若存储文件未被篡改或丢失,则向交易智能合约发出交易触发信号;
S503:当合约被交易触发信号触发时,其自动构造有关对应文件块ci的交易,该交易将一定额度的预存交易费用扣除并转移至存储服务器的交易地址当预存费用消耗完毕时合约终止。或合约在完成前被终止时,剩余费用被退回。
3.根据权利要求2的一种基于区块链的云文件重复数据删除方法,其特征在于:所述业务智能合约和交易智能合约分别为:
业务智能合约:该智能合约在重复数据删除服务开始前即需发布在区块链上,包含文件可检索性方法的挑战及验证算法、数据重构算法,满足触发条件时此合约可自动执行以上算法,包括S2中用户上传验证信息以及到达S501中设定的时间时。该合约还用来存储文件标签值,验证文件持有者是否持有相应文件或文件块,生成交易智能合约及自动化文件重构;
交易智能合约:由业务智能合约生成,主要用以支付文件存储费用,根据触发条件自动生成交易脚本并将之广播至区块链以完成付费操作,并在存储费用用尽或检查到对应文件块丢失时自行撤销,向文件持有者返回剩余费用。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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