CN112953712A - 一种基于零知识证明和同态加密的区块链数据跨链共享方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于零知识证明和同态加密的区块链数据跨链共享方法，属于区块链跨链技术领域。本发明采用同态加密、零知识证明和门限密钥共享技术，提出了一种安全、可靠的数据跨链共享方案；本发明所述方法不仅灵活有效，而且能够实现数据的安全共享；此外，如果一些数据拥有者发送虚假数据，此方案能够验证数据的虚假从而保护数据接收者的利益；零知识证明和门限密钥共享技术更好的保存了解密数据的私钥，只有加密数据通过智能合约的验证后才会拼接密钥。

Description

一种基于零知识证明和同态加密的区块链数据跨链共享方法

技术领域

本发明涉及一种基于零知识证明和同态加密的区块链数据跨链共享方法，属于区块链跨链技术领域。

背景技术

在区块链面临的诸多问题中，网络孤立性阻碍了不同区块链之间的协同操作，极大程度限制了区块链之间进行数据共享。目前已有的数据跨链共享技术中，公证人机制增加了一个中心化的中介机构，与区块链本身的去中心化理念相矛盾；侧链/中继技术从实现上来说是非常有难度系数的；哈希锁定技术没有跨链的合约，跨链数据共享存在一定的风险。如何实现区块链之间的数据安全共享成为了分布式数据共享系统得以实施的前提。

随着区块链跨链技术的发展，跨链技术打破了区块链之间的价值孤岛现象。但是，目前基于分布式私钥控制的跨链技术仅实现了资产间的跨链传输，因此提供满足基于分布式私钥控制技术的数据跨链共享平台显得至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于零知识证明和同态加密的区块链数据跨链共享方法，以用于解决区块链数据孤岛等现象，增加区块链之间数据共享的安全性和可靠性，具体包括以下步骤：

(1)任意两条不同区块链上的数据拥有者和数据接收者要进行数据共享，根据交易的数据信息在分布式数据共享系统中部署智能合约。

(2)当数据拥有者要给数据接收者共享数据时，数据拥有者向分布式数据共享系统发送数据共享申请。

(3)分布式数据共享系统收到数据拥有者的申请后，分布式数据共享系统用Paillier加法同态加密算法生成数据拥有者的公钥和私钥，将公钥发送给数据拥有者，私钥通过Shamir的门限密钥共享技术分成n(n≥1)份，分给分布式数据共享系统中的n个参与节点，每个参与节点持有一部分私钥片段。

(4)数据拥有者收到公钥后，将共享数据用Paillier加法同态加密算法加密后发送给分布式数据共享系统，分布式数据共享系统收到数据拥有者发送来的加密数据后对其进行锁定。

(5)加密后的共享数据只有通过智能合约的校验后才能解除锁定，加密数据解除锁定后，分布式数据共享系统中持有私钥片段的k个参与节点将自己持有的私钥片段贡献出来，持有私钥片段的参与节点通过零知识证明方法证明持有的私钥片段正确后，对k个私钥片段进行拼接；其中，k≤n。

(6)私钥片段拼接完成后，分布式数据系统将解除锁定后的加密数据和拼接好的私钥一起发给数据接收者，数据接收者拿到加密数据和私钥后，用私钥配合同态解密算法解密出加密数据；至此，数据拥有者将数据成功共享至数据接收者。

优选的，本发明所述智能合约为数据交易双方根据交易信息部署在分布式数据共享系统上用于验证数据是否正确。

优选的，本发明步骤(3)中Paillier加法同态加密算法生成密钥的具体过程如下：

随机选择两大质数p和q满足gcd(pq,(p-1)(q-1))＝1；

计算t＝pq和λ＝lcm(p-1,q-1)；lcm即求两个数的最小公倍数，t即为两大质数p,q相乘后的结果；

选择随机整数g,g∈Z^* _t2；此处定义L(x)＝(x-1)/t；

计算μ＝L(g^λmod t²)^-1mod t，mod即为余除的意思；

公钥为(t,g)，私钥为(λ，μ)。

优选的，本发明步骤(4)中Paillier加法同态加密算法为：

c＝g^m*r^t mod t²；

其中m为要加密的明文数据，r为随机数，且0<r<t，g为随机整数，c为加密后的密文。

优选的，本发明步骤(5)中零知识证明方法证明过程为：

(1)V选择一个随机数k，并计算a＝d^k mod s，并将a发送给P；

(2)P收到之后，计算b＝a^x＝(d^k)^x mod s，将b发送给V；

(3)V收到之后，计算c＝y^a＝(d^k)^x mod s，判断c＝b是否成立；

(4)重复(1)～(3)多次；

其中P为证明者，V为检验者，k为随机数，(d，y，s)为公钥，且y＝d^x mod s，x为要证明的私钥，mod为余除。

本发明所述同态加密技术为：允许用户直接对密文进行特定的代数运算，得到的数据仍是加密的结果，且对明文进行同样的操作再将结果加密一样。

本发明所述门限密钥共享方案：密钥共享方案将密钥分为多个部分，每个部分称为共享密钥，并且在拥有所需数量的共享密钥时可以恢复该密钥

本发明所述零知识证明：是证明者能够在不向验证者提供任何有用的信息的情况下，使验证者相信某个论断是正确的。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比，可提供如下方面的安全优势：

(1)对明文数据采用加法同态加密算法进行加密，并通过门限密钥共享技术将解密的私钥分成n份分给系统中的n个参与节点，数据跨链共享过程中系统无法获取任何关于共享数据的信息，确保数据在跨链共享过程中更加安全。

(2)持有私钥片段的参与节点通过零知识证明方法证明所持有的私钥片段正确，有效防止了恶意节点在私钥拼接过程中作恶。

附图说明

图1是分布式数据共享配置图；

图2是同态加密原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例本发明作进一步的详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

实施例1

一种基于零知识证明和同态加密的区块链数据跨链共享方法，如图1所示，具体包括以下步骤

步骤1，任意两条不同区块链上的用户A(数据拥有方)和用户B(数据接收方)要进行数据共享，根据交易信息在分布式数据共享系统上部署智能合约。

步骤2，当用户A要给用户B共享数据时，用户A向分布式数据共享系统发送数据共享申请。

步骤3分布式数据共享系统收到用户A的申请后，用Paillier加法同态加密算法生成公钥和私钥，私钥通过Shamir的门限密钥共享技术分成n份，分给分布式数据共享系统中的n个参与节点，每个参与节点持有一部分私钥片段；

步骤3.1，Paillier加法同态加密算法生成密钥的过程如下：

随机选择两大质数p和q满足gcd(pq,(p-1)(q-1))＝1。

计算t＝pq和λ＝lcm(p-1,q-1)；lcm即求两个数的最小公倍数。

选择随机整数g,g∈Z^* _t2；此处定义L(x)＝(x-1)/t。

计算μ＝L(g^λmodt²)^-1modt。

公钥为(t,g),私钥为(λ，μ)。

步骤4，分布式数据共享系统将公钥发送给用户A；

步骤5，用户A将要共享的数据用Paillier加法同态加密后发送给分布式数据共享系统，分布式数据共享系统收到用户A发送过来的数据后对数据进行锁定。

步骤5.1，Paillier加法同态加密算法加密，具体如下：

加密：c＝g^m*r^t mod t²，(其中m为要加密的明文数据，r为随机数，且0<r<t)。

步骤6，锁定的数据通过用户部署在分布式数据共享系统上的智能合约校验后，分布式数据共享系统中持有私钥片段的k(k≤n)个参与节点将自己持有的私钥片段贡献出来，通过零知识证明方法证明持有的私钥片段正确后，将私钥片段进行拼接。

步骤6.1，零知识证明方法证明过程

V选择一个随机数k，并计算a＝d^k mod s，并将a发送给P；

P收到之后，计算b＝a^x＝(d^k)^x mod s，将b发送给V；

V收到之后，计算c＝y^a＝(d^k)^x mod s，判断c＝b是否成立；

重复(1)～(3)多次。

其中P为证明者，V为检验者，k为随机数，(d，y，s)为公钥，且y＝d^x mod s,x为要证明的私钥，mod为余除。

步骤7，私钥片段拼接完成后，分布式数据共享系统将解除锁定后的加密数据和拼接好的私钥一起发给用户B，用户B拿到加密数据和私钥后，用私钥配合同台解密解密出加密数据。至此，用户A将数据成功共享至用户B。

Claims (5)

1.一种基于零知识证明和同态加密的区块链数据跨链共享方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)任意两条不同区块链上的数据拥有者和数据接收者要进行数据共享，根据交易的数据信息在分布式数据共享系统中部署智能合约；

(2)当数据拥有者要给数据接收者共享数据时，数据拥有者向分布式数据共享系统发送数据共享申请；

(3)分布式数据共享系统收到数据拥有者的申请后，分布式数据共享系统用Paillier加法同态加密算法生成数据拥有者的公钥和私钥，将公钥发送给数据拥有者，私钥通过Shamir的门限密钥共享技术分成n份，分给分布式数据共享系统中的n个参与节点，每个参与节点持有一部分私钥片段；

(4)数据拥有者收到公钥后，将共享数据用Paillier加法同态加密算法加密后发送给分布式数据共享系统，分布式数据共享系统收到数据拥有者发送来的加密数据后对其进行锁定；

(5)加密后的共享数据只有通过智能合约的校验后才能解除锁定，加密数据解除锁定后，分布式数据共享系统中持有私钥片段的k个参与节点将自己持有的私钥片段贡献出来，持有私钥片段的参与节点通过零知识证明方法证明持有的私钥片段正确后，对k个私钥片段进行拼接；其中，k≤n；

(6)私钥片段拼接完成后，分布式数据系统将解除锁定后的加密数据和拼接好的私钥一起发给数据接收者，数据接收者拿到加密数据和私钥后，用私钥配合同态解密算法解密出加密数据；至此，数据拥有者将数据成功共享至数据接收者。

2.根据权利要求1所述基于零知识证明和同态加密的区块链数据跨链共享方法，其特征在于，所述智能合约为数据交易双方根据交易信息部署在分布式数据共享系统上用于验证数据是否正确。

3.根据权利要求1所述基于零知识证明和同态加密的区块链数据跨链共享方法，其特征在于：步骤(3)中Paillier加法同态加密算法生成密钥的具体过程如下：

随机选择两大质数p和q满足gcd(pq,(p-1)(q-1))＝1；

计算t＝pq和λ＝lcm(p-1,q-1)；lcm即求两个数的最小公倍数，t即为两大质数p,q相乘后的结果；

选择随机整数g,g∈Z^* _t2；此处定义L(x)＝(x-1)/t；

计算μ＝L(g^λmod t²)^-1mod t，mod即为余除的意思；

公钥为(t,g)，私钥为(λ，μ)。

4.根据权利要求1所述基于零知识证明和同态加密的区块链数据跨链共享方法，其特征在于：步骤(4)中Paillier加法同态加密算法为：

c＝g^m*r^t mod t²；

其中m为要加密的明文数据，r为随机数，且0<r<t，g为随机整数，c为加密后的密文。

5.根据权利要求1所述基于零知识证明和同态加密的区块链数据跨链共享方法，其特征在于：步骤(5)中零知识证明方法证明过程为：

(1)V选择一个随机数k，并计算a＝d^k mod s，并将a发送给P；

(2)P收到之后，计算b＝a^x＝(d^k)^x mod s，将b发送给V；

(3)V收到之后，计算c＝y^a＝(d^k)^x mod s，判断c＝b是否成立；

(4)重复(1)～(3)多次；

其中P为证明者，V为检验者，k为随机数，(d，y，s)为公钥，且y＝d^x mod s，x为要证明的私钥，mod为余除。

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