CN111064579A - 基于区块链的安全多方计算方法、系统、及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于区块链的安全多方计算方法、系统及存储介质，所述方法包括：对数据执行分片混淆处理，并将生成的数据分片分别向不同的计算节点发送；以及将来自所述不同的计算节点的输出分片进行提取汇总处理，生成计算结果，其中，所述输出分片由所述不同的计算节点在区块链链上数据的协调下计算得到。本申请中提出的基于区块链的方法可以提高在安全多方计算中面对主动攻击敌手时的安全性。

Description

基于区块链的安全多方计算方法、系统、及存储介质

技术领域

本发明涉及信息安全领域，更具体地，涉及一种基于区块链的安全多方计算方法、系统、及存储介质。

背景技术

安全多方计算(MPC)主要用于在缺少可信第三方的情况下，如何安全地计算一个约定函数，其可以应用于电子选举、门限签名以及电子拍卖等。它最早由著名计算机学家姚期智于1982年提出，在该应用场景下，一组互相缺乏信任的人合作计算某个函数，每人提供与其相应的函数参数的输入，经过若干轮通信和计算之后，所有人都能得到正确的计算结果，但同时每人仅了解其自身的输入。

作为密码学领域的重要方向，安全多方计算的研究已经有了近三十年的历史。近年来，随着算法的改进和计算能力的提升，开始出现一些基于安全多方计算的应用。例如，已经开始应用涉及收购商、种植商、可信第三方的拍卖和出价平台，以及涉及人力资源部门、财务部门、税收部门等多方的信用评估系统。

密码协议是以密码学为基础的消息交换协议，用于在网络环境中提供各种安全服务。主要从两个维度来对密码协议的安全性评估进行评估。一个维度是敌手的计算能力，得出的结论是协议是无条件安全的、统计条件下安全的、或者计算条件下安全的。另一个维度是敌手的控制能力，即敌手能够控制的用户占比，被控制用户的行为。如果协议在敌手的计算能力、控制能力都很强的情况下被证明是安全的，则这个协议的安全性比较高。反之，如果一个协议仅在敌手的计算能力或控制能力比较弱的情况下被证明是安全的，则这个协议的安全性比较低。

安全多方计算也是一种密码协议，Ben-Or、Goldwasser、Wigderson和Chaum等密码学家研究之后得出结论：在有适应性能力的被动攻击敌手面前，只要敌手能控制的计算参与方小于总数的二分之一，任何函数都可以被无条件地执行安全多方计算；在有适应性能力的主动攻击敌手面前，只要敌手能控制的计算参与方小于总数的三分之一，任何函数都可以被无条件地执行安全多方计算。进一步地，Rabin、Ben-Or研究之后得出结论：如果存在可靠的广播信道，在具备适应性能力的被动或主动攻击敌手面前，只要敌手能控制的计算参与方小于总数的二分之一，任何函数都可以被统计安全地执行安全多方计算。

对于姚以及后来的具备较高实现效率的改进协议，其中的大多数在敌手具备多项式计算能力和半诚实用户的条件下是安全的。目前，对于中等规模的数据量，安全多方计算的技术已经能够用于解决很多实际问题，但是对于大规模数据量的应用，尤其是要实现面对主动攻击敌手的安全性，还存在性能上的瓶颈。

区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。区块链起源于比特币，是一串使用密码学方法来关联产生的数据块，其中每个数据块中包含了相应的比特币网络交易的信息，并用于验证该数据的有效性和生成下一个区块。区块链系统具有去中心化、开放性、独立性、安全性以及匿名性等重要特性。例如，通过区块链记录的交易数据由于加入了数字签名，不能被篡改，而且由于区块链的所有交易数据都被密码算法串成环环相扣的链，任何确认交易的数据也不能被删除。有些区块链还提供复杂的智能合约功能，智能合约按代码约定的行为对请求进行响应，去除了暗箱操作的嫌疑。这些特性如果和安全多方计算相结合，能够解决安全多方计算面临的一些安全威胁，如提供可验证、不可篡改的广播信道。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种基于区块链的安全多方计算方法、系统及存储介质，通过利用区块链的特性，本申请中提出的方法可以提高在安全多方计算中面对主动攻击敌手时的安全性。

根据本申请的一方面，提供了一种基于区块链的安全多方计算方法，所述方法包括：对数据执行分片混淆处理，并将生成的数据分片分别向不同的计算节点发送；以及将来自所述不同的计算节点的输出分片进行提取汇总处理，生成计算结果，其中，所述输出分片由所述不同的计算节点在区块链链上数据的协调下计算得到。

进一步地，所述方法还包括，基于从区块链获取的计算结果的证明，对所述计算结果进行验证，其中，计算结果的证明包括计算节点之前生成并传到区块链上的证明、或者区块链上的智能合约对验证请求反馈的响应。

进一步地，所述方法还包括，基于区块链支撑子系统中的激励机制，当确认计算节点在执行过程中存在偏离行为时，将所述计算节点的信用评级降低，否则提高所述计算节点的信用评级。

进一步地，所述方法还包括，所述不同的计算节点基于安全参数或随机数对数据分片进行处理，以获得所述输出分片。

进一步地，所述方法还包括，所述安全参数从其他计算节点或从区块链接收。

进一步地，所述方法还包括，所述安全参数包括算法标识或公钥。

进一步地，所述方法还包括，所述随机数来自本地或可信的计算节点、或者有本地和其他计算节点协同产生。

根据本申请的另一方面，提供了一种基于区块链的安全多方计算系统，所述系统包括：数据输入处理模块、计算结果处理模块、多个计算节点以及区块链支撑子系统；其中，数据处理模块用于对数据执行分片混淆处理，并将生成的数据分片分别向不同的计算节点发送；计算节点用于在区块链链上数据的协调下将数据分片计算得到输出分片；计算结果处理模块用于将来自所述不同的计算节点的输出分片进行提取汇总处理以生成计算结果；以及区块链支撑子系统用于提供数据计算的调度和激励机制。进一步地，所述计算节点包括数据分片存储模块、计算执行模块、安全参数提供模块、随机数提供模块、链上数据处理模块中的一个或多个。

根据本申请的另一方面，提供了一种非暂时性存储介质，其上存储有指令，所述指令被一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器执行如下所述的操作：对数据执行分片混淆处理，并将生成的数据分片分别向不同的计算节点发送；以及将来自所述不同的计算节点的输出分片进行提取汇总处理，生成计算结果，其中，所述输出分片由所述不同的计算节点在区块链链上数据的协调下计算得到。

附图说明

图1示出了根据本申请的实施例的一种基于区块链的安全多方计算方法的流程图；

图2示出了根据本申请的实施例的基于区块链的安全多方计算系统的框图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1示出了根据本申请的实施例的一种基于区块链的安全多方计算方法的流程图。该图仅为示例，并不意图限制本发明所请求保护的范围。

如图1所示，输入数据#1是安全多方计算的输入数据之一。在步骤101中，在分片混淆处理之后，通过该输入数据生成N个数据分片#1、#2、...#N。其中，通过分片混淆处理，该输入数据被切分成N个数据分片并且该N个数据分片之间的关联关系被混淆，只有在获得所有数据分片或最少指定数量的数据分片时才能恢复原始输入数据。作为示例，在本申请的分片混淆处理中，可以将输入数据#1采用Shamir秘密分享算法k(T，N)来分成N个数据分片，利用其中的任意T个数据分片即可恢复原来的输入数据#1。作为另一种实施方式，也可以直接将输入数据#1随机地分成N份，通过将所有N份数据分片组合来获得原来的输入数据#1。

在将数据分片之后，将获得的N个数据分片分别发送给不同的计算节点。这里，每个计算节点至多接收一个数据分片，每个数据分片仅可以被发送给一个计算节点，并且计算节点之间可以相互通信。例如，计算节点可以接收某个计算节点发来的安全参数和/或随机数(104)，其中安全参数包括需要用到的算法标识、公钥、以及执行计算时需要的其他公开数据等。安全参数也可以来自区块链102，如计算节点通过调用智能合约获得预定的安全参数。同时，安全多方计算过程中可以用到很多随机数，例如Beaver Triple，这些随机数可以来自计算节点本地，也可以来自一个可信的提供随机数的计算节点，或者由本地和其他计算节点协同产生。

计算节点基于来自区块链102链上数据的指令和调度来执行计算任务。例如，计算节点可以通过调度区块链上的智能合约来获得下一步的计算任务。在完成计算任务之后，计算节点生成计算证明并将其发送给区块链102，例如，这一发送步骤可以通过调用智能合约来执行，或者通过由计算节点发起普通交易来执行。可以通过非交互零知识证明、或其他达不到零知识安全性但泄露信息在可承受范围内的知识证明协议、或密码学承诺协议(Commitment)来对所发送的计算证明进行验证。

在步骤103中，将各个计算节点得到的输出分片#1、#2、...#N进行提取汇总处理，并且生成最终的计算结果。为了对计算结果进行验证，计算结果接收者可以从区块链102获取计算结果的证明，例如，计算结果的证明可以是计算节点之前生成并传到区块链上的证明，也可以是区块链上的智能合约根据计算结果接收者的验证请求而反馈的响应。

如果计算结果接收者发现计算节点在执行计算的过程中存在不诚实行为，可以向区块链发起反馈。区块链通过自身的激励机制对该计算节点进行惩罚，例如可以降低该计算节点的信用评级；相应地，对于诚实地执行计算任务的计算节点，区块链也可以通过激励机制对其进行鼓励，例如可以提高该计算节点的信用评级。

图2示出了根据本申请的实施例的基于区块链的安全多方计算系统的框图。该图仅为示例，并不意图限制本发明所请求保护的范围。

如图2所示，该安全多方计算系统包括多个数据输入处理模块、计算结果处理模块、多个计算节点以及区块链支撑子系统，其中，每个计算节点可以包括数据分片存储模块、计算执行模块、安全参数提供模块、随机数提供模块、链上数据处理模块中的一个或多个。

需要注意的是，这里的计算节点不必包含如图2中所指示的所有模块，例如，计算节点可以仅包含数据分片存储模块，该计算节点对数据分片进行简单的数据操作之后将结果发送给其他计算节点；或者，计算节点也可以仅包含安全参数提供模块，该计算节点向所有其他计算节点提供相应的安全参数，如需要用到的公钥、以及其他执行计算时需要用到的公开数据等；或者，计算节点也可以仅包含随机数提供模块，用于向所有其他节点提供需要的随机数；或者，计算节点也可以仅包含计算执行模块，该计算节点从其他计算节点接收数据分片并对其执行安全多方计算算法中的每一步计算任务；或者，计算节点也可以仅包含链上数据处理模块，用于接收来自区块链支撑子系统的数据(例如，指令或调度信息)和/或向区块链支撑子系统发送数据(例如，计算证明、执行计算的部分或全部过程等)。因此，本申请中的计算节点可以是具备处理或存储能力的任何计算设备，包括但不限于服务器、小型机、PC、笔记本PC、平板PC、智能手机、可穿戴设备、嵌入式设备或其任何组合。

在示例性实施例中，计算节点还可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述基于区块链的安全多方计算方法中的计算过程。

在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的非临时性计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由安全多方计算系统的处理器执行以完成上述安全多方计算方法。例如，非临时性计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于区块链的安全多方计算方法，所述方法包括：

对数据执行分片混淆处理，并将生成的数据分片分别向不同的计算节点发送；以及

将来自所述不同的计算节点的输出分片进行提取汇总处理，生成计算结果，

其中，所述输出分片由所述不同的计算节点在区块链链上数据的协调下计算得到。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

基于从区块链获取的计算结果的证明，对所述计算结果进行验证，

其中，计算结果的证明包括计算节点之前生成并传到区块链上的证明、或者区块链上的智能合约对验证请求反馈的响应。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：

基于区块链支撑子系统中的激励机制，当确认计算节点在执行过程中存在偏离行为时，将所述计算节点的信用评级降低，否则提高所述计算节点的信用评级。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，

其中，所述不同的计算节点基于安全参数或随机数对数据分片进行处理，以获得所述输出分片。

5.如权利要求4所述的方法，

其中，所述安全参数从其他计算节点或从区块链接收。

6.如权利要求4所述的方法，

其中，所述安全参数包括算法标识或公钥。

7.如权利要求4所述的方法，

其中，所述随机数来自本地或可信的计算节点、或者由本地和其他计算节点协同产生。

8.一种基于区块链的安全多方计算系统，所述系统包括：

数据输入处理模块、计算结果处理模块、多个计算节点以及区块链支撑子系统；

其中，数据处理模块用于对数据执行分片混淆处理，并将生成的数据分片分别向不同的计算节点发送；

计算节点用于在区块链链上数据的协调下将数据分片计算得到输出分片；

计算结果处理模块用于将来自所述不同的计算节点的输出分片进行提取汇总处理以生成计算结果；以及

区块链支撑子系统用于提供数据计算的调度和激励机制。

9.如权利要求8所述的系统，其中：

所述计算节点包括数据分片存储模块、计算执行模块、安全参数提供模块、随机数提供模块、链上数据处理模块中的一个或多个。

10.一种非暂时性存储介质，其上存储有指令，所述指令被一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器执行如下所述的操作：

对数据执行分片混淆处理，并将生成的数据分片分别向不同的计算节点发送；以及

将来自所述不同的计算节点的输出分片进行提取汇总处理，生成计算结果，

其中，所述输出分片由所述不同的计算节点在区块链链上数据的协调下计算得到。

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