CN112464178B - 一种基于区块链和同态加密的数据交易版权保护方法 - Google Patents

一种基于区块链和同态加密的数据交易版权保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链和同态加密的数据交易版权保护方法，其中，买家指纹验证步骤包括：买家用自己的公钥同态加密自己的指纹，获得加密的买家指纹，上传到智能合约中；卖家指纹验证步骤包括：卖家从区块链上的智能合约中获得买家的加密指纹数据；卖家使用买家的公钥同态加密自己的数据，并将自己的和买家的指纹嵌入到数据中获得带有指纹的加密数据；卖家将数据上传到安全的交易区域星际文件系统中，得到对应的哈希值；卖家将哈希值上传到区块链中的智能合约中；买家获得哈希值，从星际文件系统中下载加密数据。通过上述方式，实现了版权保护，解决了传统数字指纹协议中依赖第三方认证机构的问题，既能节省成本也能提高安全性可信度。

Description

一种基于区块链和同态加密的数据交易版权保护方法
技术领域
本发明涉及区块链与数据交易领域，特别是涉及一种基于区块链和同态加密的数据交易版权保护方法。
背景技术
近年来，大数据由于其巨大的潜在经济价值，逐渐成为人们追捧的资源。然而，大多数数据仅由少数机构和公司持有，并被视为私人资源，而不是与需要的人分享，对数据交易的需求大幅增加。
一般来说，典型的数据交易由三方组成：数据交易经纪人、一些数据卖家和数据买家。买家向经纪人提交他们的要求，然后经纪人根据一定的策略选择一些卖家。这些卖家会把数据卖给消费者，以获得一定的奖励。已经有一些工作来设计数据交易系统，然而它们中的大多数依赖于受信任的第三方，即受信任的经纪人。它使用户怀疑交易的可靠性，这将降低用户参与交易的积极性，本发明由此而来。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是如何提供一种不仅实现版权保护，还解决了传统数字指纹协议中依赖第三方认证机构的问题，既能节省成本也能提高安全性可信度，具有很广阔的应用前景的基于区块链和同态加密的数据交易版权保护方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于区块链和同态加密的数据交易版权保护方法，包括：买家指纹验证步骤、卖家指纹验证步骤和基于同态加密和区块链的数据交易系统，所述买家指纹验证步骤、卖家指纹验证步骤基于同态加密和区块链的数据交易系统操作，且包括数字指纹协议步骤。
其中，
买家指纹验证步骤包括：买家用自己的公钥同态加密自己的指纹，获得加密的买家指纹，上传到智能合约中。
卖家指纹验证步骤包括：
(1)卖家从区块链上的智能合约中获得买家的加密指纹数据；
(2)卖家使用买家的公钥同态加密自己的数据，并将自己的和买家的指纹嵌入到数据中获得带有指纹的加密数据；
(3)卖家将数据上传到安全的交易区域星际文件系统中，得到对应的哈希值；
(4)卖家将哈希值上传到区块链中的智能合约中；
(5)买家获得哈希值，从星际文件系统中下载加密数据。
基于同态加密和区块链的数据交易系统包括：
(1)数据交易系统的买家；
(2)卖家，数据所有者及出售方；
(3)智能合约，卖家和买家通过智能合约进行交互，所述用户信息和交易记录存储于智能合约中；
(4)星际文件系统，给出哈希值的情况下寻找到对应文件并下载，当卖家将数据上传到星际文件系统，星际文件系统将返回唯一的数据相应的哈希地址，买家通过星际文件系统查询和下载数据；
(5)数字指纹嵌入算法，每个卖家利用该算法将数字指纹嵌入到其数据中，以获得带有指纹的数据。
在一个较佳实施例中，数字指纹协议步骤包括：
(1)买家公钥PKC加密买家指纹，以获得将发送给卖家的encFPC；(2)卖家将自己的指纹FPcopyright嵌入到他们的数据中；
(3)卖家通过PKC同态加密他们的数据；
(4)卖家将encFPC嵌入到加密数据中。
在一个较佳实施例中，所述买家指纹验证步骤、卖家指纹验证步骤中的指纹加密用于追溯不诚信用户，包括以下操作步骤：
(1)在收到数据集之后，数据拥有者使用解密算法解密并得到其中指纹，并与自己的指纹对比，从而验证购买的数据集是否是盗版，
如果相同，则表明卖家重复售卖了数据，
如果不相同，则表明卖家没有重复出售数据。
(2)数据拥有者在网络上发现了倒卖的数据，使用用公钥解密数据后再用解压缩算法解开数据压缩，得到指纹得到倒卖者的指纹，在智能合约中遍历查询是否有相同的指纹，如果有，则表明该卖家是倒卖数据的非诚信卖家。
在一个较佳实施例中，所述同态加密为能在加密操作的同时提供数据处理服务，以实现在有加密的情况下嵌入指纹。
在一个较佳实施例中，所述同态加密在嵌入指纹时，能对指纹加密，从而保证用指纹匹配来寻找不诚信用户的可行性。
在一个较佳实施例中，所述基于同态加密和区块链的数据交易系统中包含有安全防护步骤，所述的安全防护步骤包括：
(1)押金：参与交易的每个用户都要支付押金，用于督促用户按照要求完成整个交易过程，如果用户违反规则，押金将被罚款；
(2)函数执行约束：通过区块链内置的Sol idi ty要求和修饰符关键字，用于约束智能合约中的每个函数，函数由指定的用户在指定的时隙内调用，否则函数调用请求将被拒绝；
(3)数据存储：卖家上传自己的数据，数据由买家的公钥加密后上传到星际文件系统，并通过智能合约将返回的哈希存储路径提交给消费者；
(4)数据验证：每个被买家选中的卖家将Encdesi连同Addri一起发送给买家，
如果买家发现购买的数据不符合要求，买家解密Encdesi来获得desi，然后买家生成相应的desi的特征向量，并将其与存储在智能合约上的fi进行比较。
如果买家购买的数据是一致的，Encdesi作为证据来证明该卖家并没有提交与他描述相匹配的数据；否则直接表明该卖家违反了规则。
在一个较佳实施例中，每个卖家使用买家的公钥加密他的数据描述、出价和数据，以实现除了买家和卖家之外，没有人能得到信息。
本发明的有益效果是：不仅实现了版权保护，还解决了传统数字指纹协议中依赖第三方认证机构的问题，既能节省成本也能提高安全性可信度，具有很广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明基于区块链和同态加密的数据交易版权保护方法一具体实施例的整体流程示意图；
图2是本发明基于区块链和同态加密的数据交易版权保护方法一具体实施例的基于同态加密和区块链的数据交易系统架构图；
图3是本发明基于区块链和同态加密的数据交易版权保护方法中具体实施例的追踪数据盗窃者的情形1示意图；
图4是本发明基于区块链和同态加密的数据交易版权保护方法中具体实施例的追踪数据盗窃者的情形2示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
其中，基于区块链和同态加密的版权保护数据框架的工作流程主要包括以下几个阶段：
(1)交易建立阶段。买家向智能合约提交带有定金的购买请求RC。同时，他将为每个函数设置可执行时隙，即开始时间和结束时间。然后，智能合约通知所有卖家参与交易。之后每个卖家将向智能合约提交他们的参与请求。
(2)买卖方匹配。通过一定方法，买家选择出最优卖家后，买家将计算出的总付款总额预付给智能合约，并准备进行交易和数据的传输。
(3)带版权数据的传输。对应上文中已经具体描述过的基于区块链和同态加密的数字指纹协议过程。每个被买家选中的卖家都能从智能合约中获得买家的指纹。通过指纹嵌入算法，该卖家将FPC和FPcopyright嵌入到他的数据datai中，得到水印数据datai *。然后该卖家将数据datai *上传到星际文件系统中以获得哈希存储路径Addri。再然后该卖家将Addri和Encdesi(由PKC加密的desi)上传到智能合约中。买家从智能合约中获得Addrs＝{Addri|wi∈W}和encDes＝{Encdesi|wi∈W}，然后从星际文件系统中下载数据
(4)交易结算。最后是交易结算阶段，每一个没被买家选中的卖家都会收到退还的押金。卖家如果按照约定履行职责，智能合约会将钱款转移给他。否则卖家不仅无法获得预期的奖励，其押金也将被罚给买家，最后买家收到押金退款+罚金。
在优选的实施过程中，请参阅图1-4，在本发明的一个具体实施例中提供一种基于区块链和同态加密的数据交易版权保护方法，所述的基于区块链并利用同态加密实现安全交易的数据交易版权保护方法按照如下步骤进行：
(1)买家用自己的公钥同态加密自己的指纹，获得加密的买家指纹，上传到智能合约中；
(2)卖家会从区块链上的智能合约中获得买家的加密指纹数据；
(3)卖家使用买家的公钥同态加密自己的数据，并将自己的和买家的指纹嵌入到数据中获得带有指纹的加密数据；
(4)卖家将数据上传到安全的交易区域星际文件系统中，得到对应的哈希值；
(5)卖家将哈希值上传到区块链中的智能合约中；
(6)买家获得哈希值，从星际文件系统中下载加密数据。
优选的技术方案是：所述方法步骤(1)和步骤(3)中的指纹加密可以追溯不诚信用户，有以下两种情形：
(1)在收到数据集之后，数据拥有者想验证购买的数据集是否是盗版，则使用解密算法解密并得到其中指纹，和自己的指纹对比，如果相同，则表明卖家重复售卖了数据，不相同则表明卖家是诚信的，没有重复出售数据。
(2)数据拥有者在网络上发现了倒卖的数据，使用用公钥解密数据后再用解压缩算法解开数据压缩，得到指纹得到倒卖者的指纹，在智能合约中遍历查询是否有相同的指纹，如果有，则表明该卖家是倒卖数据的非诚信卖家。
优选的技术方案是：所述方法1中数据交易版权保护方法中的加密方式，其特征在于利用同态加密技术，能在加密操作的同时提供数据处理服务，所以可以在有加密的情况下嵌入指纹，同时也可以对指纹加密，保证用指纹匹配来寻找不诚信用户的可行性。
优选的技术方案是：所述区块链的数据交易版权保护方法中的追溯，其特征在于利用区块链技术的不可篡改性，保证指纹数据和交易数据的真实，能追溯完整交易。
优选的技术方案是：基于区块链和同态加密的版权保护数据框架主要包含下面五个组成部分：
(1)买家，即为数据交易系统的买家。在开始时，它将向智能合约提交购买请求RC以启动交易，表示为RC＝{PKC,FC,Mthre,encFPC}。这里PKC是买家的公钥，FC是desc的特征向量。encFPC是买家的数字指纹，由PKC加密。买家购买的数据的总量应不小于Mthre。买家负责选择卖家并计算相应的支出。最后，买家一定要向卖家支付钱款。
(2)卖家，数据所有者及出售方。卖家需要安全地将数据传送给买家，然后卖家得到相应的收益。
(3)智能合约，是我们运用到区块链的核心部分。智能合约取代可信第三方扮演经纪人的角色，卖家和买家通过智能合约进行交互。此外，用户信息(例如注册用户列表等)和交易记录被永久存储在智能合约中。
(4)星际文件系统，是指星际文件系统，是一个分布式存储和共享文件的网络传输协议，有去中心化、永久化，点对点传输等特点，能在给出哈希值的情况下寻找到对应文件并下载，保证了交易数据的安全性。当卖家将数据上传到星际文件系统，它将返回唯一的数据相应的哈希地址，消费者可以通过它查询和下载数据。
(5)数字指纹嵌入算法。我们假设已经有一些针对不同类型数据的鲁棒指纹嵌入算法。每个卖家利用该算法将数字指纹嵌入到其数据中，以获得带水印数据，即带有指纹的数据。
优选的技术方案是：本方法中提出的基于区块链系统和同态加密的数字指纹协议是建立在同态加密的基础上的，同态加密技术方案是一种同态性质的公钥密码技术方法。它可以在不解除加密的情形下对加密数据执行运算操作。同态加密技术除了能实现基础的加密解密操作之外，还能在加密之后进行多种计算操作，这种情况下，计算后再解密和先解密后计算的结果是一样的，所以利用同态加密方案可以先对数个已经加密的数据进行计算之后再解密，而不必对每一个加密数据解密，避免了额外开销。利用同态加密技术可以实现无密码方对加密数据的计算操作，加密数据的计算操作不用再传给密钥方，不但可以减少通信开销，而且可以分配计算任务；利用同态加密技术可以保证让解密方只能获得最后的结果，而不能获得每一个加密数据的具体信息，可以保证数据信息的安全性。
优选的技术方案是：基于区块链和同态加密的数字指纹协议步骤简单总结如下。首先，买家用他的公钥PKC加密他的指纹，以获得将发送给卖家的encFPC。然后，卖家将自己的指纹FPcopyright嵌入到他们的数据中。之后卖家通过PKC加密他们的数据。最后，卖家将encFPC嵌入到加密数据中。
优选的技术方案是，详细的基于区块链和同态加密的数字指纹协议执行过程如下：
输入：原始数据和加密过的买家指纹，未加密的卖家指纹，表示为datai,encFPC,Fcopyright。
输出：带水印的数据，表示为
(1)第一阶段：买家将他的指纹和购买请求发送给智能合约。购买请求表示为RC＝{PKC,FC,Mthre,encFPC}。
(2)第二阶段：每个被买家选定的卖家给数据加上水印，即对于每个W中的wi,wi从智能合约中得到encFPC并按照如下方式给数据加水印:
这是基于同态加密的数字指纹嵌入过程，其中明文域上数字指纹嵌入操作表示为运算⊕，密文域上数字指纹嵌入操作表示为运算运算enc()相对于嵌入操作是隐私同态。此处的隐私同态初看上去比较陌生，但是可举一个常见例子来说明。众所周知的非对称秘钥加密算法RSA公钥算法就是相对于乘法运算的隐私同态。
(3)第三阶段：追踪数据盗窃者。有两种情形
情形1：如图3所示，当数据所有者在交易后发现非法盗版数据datapira时，他会按照如下操作：通过获取指纹FP*＝extract(datapira)来从区块链交易记录中找到所有非法买家，具体过程为如果满足条件RC.encFPC＝enc(FP*,RC.PKC)即为数据盗窃者。
情形2：如图4所示，当卖家将数据哈希路劲上传到智能合约时，每个数据拥有者都会从星际文件系统下载数据。如果数据所有者检测到加密指纹FP'＝enc(FPcopyright,PKC)，说明这个卖家是数据盗窃者，因为他试图转卖其他人的数据。
(4)第四阶段：卖家将数据提交给仲裁者来进行问责。
(5)第五阶段：仲裁者通过区块链的可追溯性查验证据来做出判决。
其中(1)(2)中第一、二阶段是数字指纹的嵌入过程。交易开始时，买家会将他的数字指纹上传到智能合约中，每个被买家选中的卖家会将他的encFPC和FPcopyright嵌入到其数据中。
其中(3)(4)(5)中第三、四、五阶段是追溯问责阶段。如果数据所有者从任何地方(例如互联网)发现一个盗版数据datapira，即数据的明文时，他可以用提取算法extract()从盗版数据中提取指纹FP*。然后数据所有者从智能合约中查询指纹对应的人，即非法数据盗窃者。
其中(3)中情形2对应一些卖家可能希望转售来自其他人的数据以获得非法收入。因此数据所有者有动机去验证卖家上传的数据是否合法。如果数据所有者可以从卖家上传的数据中提取出他自己的指纹，则可以表明该卖家是数据盗窃者。显然，数据所有者可以将存储在区块链上的交易记录和盗版数据，对应指纹提交给仲裁者。如果仲裁者审核通过，则启动追溯问责机制。
与现有技术相比，本发明的优点是：
(1)基于区块链的版权保护数据框架。运用区块链的特性，实现了在没有真实经纪人的情况下，使得互不信任的参与者能进行真实可信的数据交易。同时确保了数据的质量和版权。
(2)提出了一种将区块链和数字指纹技术相结合的版权保护方案，以确保数据所有者的合法权益。它不仅实现了版权保护，还消除了传统数字指纹协议中依赖第三方认证机构的问题，既节省了成本也极大提高了安全性。
具体的安全性方面论证如下：
我们设计了以下机制来保证该版权保护数据框架的安全性：
(1)押金。参与交易的每个用户都需要支付押金，这可以督促用户按照要求完成整个交易过程。一旦用户违反规则，他交的押金将被罚款。
(2)函数执行约束。通过区块链(优选的，以太坊)内置的Solidity要求和修饰符关键字，我们可以约束智能合约中的每个函数，这些函数只能由指定的用户在指定的时隙内调用，否则函数调用请求将被拒绝。
(3)数据存储。卖家将上传自己的数据，这些数据由买家的公钥加密后上传到星际文件系统，并通过智能合约将返回的哈希存储路径提交给消费者。星际文件系统可以保证数据的不可抵赖性和防篡改性。同时，加密技术使除买家外的任何人都不可能解密数据，从而保证了数据的保密性。此外星际文件系统是一个免费的P2P存储系统，解决了区块链上存储成本高的问题。
(4)数据验证。作为对数据的承诺，每个被买家选中的卖家将Encdesi连同Addri一起发送给买家。如果买家发现购买的数据明显不符合要求，他可以解密Encdesi来获得desi。然后买家生成相应的desi的特征向量，并将其与存储在智能合约上的fi进行比较。如果是一致的，Encdesi可以作为证据来证明该卖家并没有提交与他描述相匹配的数据；否则它直接表明该卖家违反了规则。此外每个卖家使用买家的公钥加密他的数据描述、出价和数据等，因此除了买家和卖家之外，没有人能得到敏感信息。
我们基于区块链和同态加密的数字指纹协议的安全性也同样能得到很好的保障。该数字指纹协议实现了版权保护，解决了传统数字指纹协议中的以下难题：
(1)解绑问题。在利益诱惑下，不诚实的数据所有者在发现非法数字副本后，可能会将水印移植到另一个具有更高价值的数字作品中，从而产生假冒盗版。
该基于区块链和同态加密的数字指纹协议解决了解绑问题，在每次交易过程中，买家将上传一个绑定到这个交易过程的独特数字指纹。此外每个交易的水印数据的存储路径被持久性地存储在区块链上。从而实现了数据与指纹的结合，定理成立。
(2)阴谋问题。一方面，第三方可以与不诚实的卖家勾结，伪造盗版，以陷害诚实的用户；另一方面，它也可能与非法买家勾结，从指纹数据中删除指纹，阻碍对盗版的跟踪。
该基于区块链和同态加密的数字指纹协议解决了阴谋问题。我们用区块链平台取代了传统的第三方认证机构。分布式的可信平台使阴谋问题不再存在。
(3)匿名。在电子交易中，用户通常不希望自己的身份被披露。
匿名性是该基于区块链和同态加密的数字指纹协议的固有性质。匿名性是区块链技术的基本属性。电子交易中的用户信息不能与现实世界中的实体对应起来。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于区块链和同态加密的数据交易版权保护方法，其特征在于，包括：买家指纹验证步骤、卖家指纹验证步骤和基于同态加密和区块链的数据交易系统，所述买家指纹验证步骤、卖家指纹验证步骤基于同态加密和区块链的数据交易系统操作，且包括数字指纹协议步骤，其中，
买家指纹验证步骤包括：买家用自己的公钥同态加密自己的指纹，获得加密的买家指纹，上传到智能合约中；
卖家指纹验证步骤包括：
(1)卖家从区块链上的智能合约中获得买家的加密指纹数据；
(2)卖家使用买家的公钥同态加密自己的数据，并将自己的和买家的指纹嵌入到数据中获得带有指纹的加密数据；
(3)卖家将数据上传到安全的交易区域星际文件系统中，得到对应的哈希值；
(4)卖家将哈希值上传到区块链中的智能合约中；
(5)买家获得哈希值，从星际文件系统中下载加密数据；
其中，基于同态加密和区块链的数据交易系统包括：
(1)数据交易系统的买家；
(2)卖家，数据所有者及出售方；
(3)智能合约，卖家和买家通过智能合约进行交互，用户信息和交易记录存储于智能合约中；
(4)星际文件系统，给出哈希值的情况下寻找到对应文件并下载，当卖家将数据上传到星际文件系统，星际文件系统将返回唯一的数据相应的哈希地址，买家通过星际文件系统查询和下载数据；
(5)数字指纹嵌入算法，每个卖家利用该算法将数字指纹嵌入到其数据中，以获得带有指纹的数据。
2.根据权利要求1所述的基于区块链和同态加密的数据交易版权保护方法，其特征在于，数字指纹协议步骤包括：
(1)买家公钥PKC加密买家指纹，以获得将发送给卖家的encFPC；
(2)卖家将自己的指纹FPcopyright嵌入到他们的数据中；
(3)卖家通过PKC同态加密他们的数据；
(4)卖家将encFPC嵌入到加密数据中。
3.根据权利要求1所述的基于区块链和同态加密的数据交易版权保护方法，其特征在于，所述买家指纹验证步骤、卖家指纹验证步骤中的指纹加密用于追溯不诚信用户，包括以下操作步骤：
(1)在收到数据集之后，数据拥有者使用解密算法解密并得到其中指纹，并与自己的指纹对比，从而验证购买的数据集是否是盗版，
如果相同，则表明卖家重复售卖了数据，
如果不相同，则表明卖家没有重复出售数据；
(2)数据拥有者在网络上发现了倒卖的数据，使用用公钥解密数据后再用解压缩算法解开数据压缩，得到指纹得到倒卖者的指纹，在智能合约中遍历查询是否有相同的指纹，如果有，则表明该卖家是倒卖数据的非诚信卖家。
4.根据权利要求1所述的基于区块链和同态加密的数据交易版权保护方法，其特征在于，所述同态加密为能在加密操作的同时提供数据处理服务，以实现在有加密的情况下嵌入指纹。
5.根据权利要求4所述的基于区块链和同态加密的数据交易版权保护方法，其特征在于，所述同态加密在嵌入指纹时，能对指纹加密，从而保证用指纹匹配来寻找不诚信用户的可行性。
6.根据权利要求1所述的基于区块链和同态加密的数据交易版权保护方法，其特征在于，所述基于同态加密和区块链的数据交易系统中包含有安全防护步骤，所述的安全防护步骤包括：
(1)押金：参与交易的每个用户都要支付押金，用于督促用户按照要求完成整个交易过程，如果用户违反规则，押金将被罚款；
(2)函数执行约束：通过区块链内置的Solidity要求和修饰符关键字，用于约束智能合约中的每个函数，函数由指定的用户在指定的时隙内调用，否则函数调用请求将被拒绝；
(3)数据存储：卖家上传自己的数据，数据由买家的公钥加密后上传到星际文件系统，并通过智能合约将返回的哈希存储路径提交给消费者；
(4)数据验证：每个被买家选中的卖家将Encdesi连同Addir一起发送给买家。
7.根据权利要求6所述的基于区块链和同态加密的数据交易版权保护方法，其特征在于，如果买家发现购买的数据不符合要求，买家解密Encdie来获得deis，然后买家生成相应的desi的特征向量，并将其与存储在智能合约上的fi进行比较；
如果买家购买的数据是一致的，Encdesi作为证据来证明该卖家并没有提交与他描述相匹配的数据；否则直接表明该卖家违反了规则。
8.根据权利要求7所述的基于区块链和同态加密的数据交易版权保护方法，其特征在于，每个卖家使用买家的公钥加密他的数据描述、出价和数据，以实现除了买家和卖家之外，没有人能得到信息。
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