CN114091061A - 基于vrf和区块链的多云协同数据安全存储及审计方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于VRF和区块链的多云协同数据安全存储及审计方法。其包括构建区块链；编写智能合约；生成公私密钥对及可验证随机数；可验证随机数的抽签；数据加密及云内存发放；抽签结果的联合审计等步骤。本发明优点：(1)以区块链全网共享记录的形式来进行多云协同的数据存储，与单一云平台相比，具有去中心化的优点。(2)运用多云协同将不同地区，不同性能的云存储平台整合成虚拟的资源池，可实现多企业云平台的统一管理。(3)通过使用可验证随机数对云内存发放平台抽签结果正确性进行验证。(4)引入审计系统对企业上链登录验证以及对抽签结果进行可验证随机数验证，提高了系统的安全性，实现了交互问题的可溯源。
Description
技术领域
本发明属于区块链技术领域，具体涉及一种基于VRF(可验证随机数函数)和区块链的多云协同数据安全存储及审计方法。
背景技术
随着云数据存储的发展，企业间的合作增多，使得各自的数据汇集在一起，信息共享逐年增加，但数据中心化存储会造成权力集中化。现有的云数据存储安全性无法得到保证，对用户提供的存储服务不透明，从而严重阻碍了云数据存储的发展，如何保证用户与企业的平等性和云数据存储的安全性，是云数据存储的两个重要问题。
目前的云数据存储方法主要包括以下几种：
公共云存储方法：以低成本提供大量的文件存储，大容量数据传输，可在整个开放公有网络提供服务。
私有云存储方法：云的应用局限性较大，只对受限的用户提供相应的存储服务，可以部署在企业数据中心或相同地点的设施上。
混合云存储方法：融合私有云和公有云，增强了存储和可扩展性，能够满足个性化存储解决方案。
但现有的单一云平台存储方法受云平台自身资源节点少、数据规模小和网络结构单一等特点影响,因此难以有效地应用在多云环境中。多云协同存储系统将不同地区、不同性能的云存储平台整合成虚拟的资源池，并进行统一配置管理。
现有的云存储方法属于中心化管理，抗攻击性低，安全性低,交易过程繁琐，耗费资源。企业对用户数据的权力过大，造成对数据的控制权不平衡，云存储提供商也容易对用户数据完全控制形成垄断，在存储付费方面用户自身的合法权益也无法得到保障。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于VRF和区块链的多云协同数据安全存储及审计方法。
为了达到上述目的，本发明提供的基于VRF和区块链的多云协同数据安全存储及审计方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)构建区块链：拥有数据的各企业利用P2P网络、共识算法和激励机制共同构建一条支持图灵完备智能合约的区块链，并实现区块链通用功能；在区块链上每个企业作为一个节点，每个企业审计系统作为一个审计节点；
2)编写智能合约：各企业共同编写符合以太坊ERC721标准的智能合约，并部署到上述区块链的各个节点上；智能合约中包括以下方法：公私密钥对及可验证随机数的生成、可验证随机数的抽签以及对抽签结果的联合审计方法；
3)生成公私密钥对及可验证随机数：各企业通过智能合约达成共识，并调用智能合约中公私密钥对及可验证随机数的生成方法生成各自的公私密钥对及可验证随机数；
4)可验证随机数的抽签：各企业提供自己生成的可验证随机数，并调用智能合约中可验证随机数的抽签方法进行可验证随机数的抽签，选出抽中企业并将该企业的可验证随机数进行公示；
5)数据加密及云内存发放:用户通过RSA加密手段生成密钥对，抽中企业和用户利用用户生成的公钥分别加密要发放的云内存和用户需要存储的数据；
6)抽签结果的联合审计：各企业审计系统调用智能合约中对抽签结果的联合审计方法验证抽中企业的可验证随机数及交互过程的正确性。
在步骤3)中，所述生成公私密钥对及可验证随机数的方法是：各企业分别生成一对由公钥PK和私钥SK构成的公私密钥对，并以私钥SK作为各节点的输入，生成通过哈希函数产生的可验证随机数。
在步骤4)中，所述可验证随机数的抽签的具体步骤如下：
4.1)用户向企业发出存储请求；
4.2)各个满足用户需求的企业提供数字签名后，登录到区块链上的某一个节点；
4.3)区块链上的各个节点在智能合约的约束下，通过VRF生成各自的公私密钥对；
4.4)各节点以私钥SK作为节点输入，生成可验证随机数；
4.5)各企业通过智能合约达成的共识对所有可验证随机数进行抽签，选出一个抽中企业，然后抽中企业将其可验证随机数在区块链上进行公示。
在步骤5)中，所述数据加密及云内存发放的具体步骤如下：
5.1)抽中企业向用户提供两种数据存储管理方法：①基本分页式存储管理：适合存储大规模文件，对信息的共享要求不高；②基本分段存储管理：很方便按照逻辑模块实现信息的共享和保护，安全性更高；
5.2)用户通过RSA非对称加密算法生成自己的由公钥K1和私钥K2构成的公私密钥对，并将公钥K1发送给抽中企业；
5.3)用户利用公钥K1加密需要存储的数据；
5.4)抽中企业将分配给用户的云内存利用公钥K1加密后发送给用户；
5.5)用户利用私钥K2打开抽中企业发送的云内存；
5.6)用户通过公钥K1加密自己的数据后选用步骤5.1)中的一种方法存储在抽中企业发送的云内存中。
在步骤6)中，所述抽签结果的联合审计的具体步骤如下：
6.1)各企业审计系统发出登录请求，并提供数字签名，经由区块链上的对应节点与其它节点同时验证，验证通过后，分别登录到区块链的某一节点上作为一个审计节点；
6.2)抽中企业将自己的公钥PK和可验证随机数分发给区块链上的其它审计节点；
6.3)审计系统利用公钥PK对抽中企业的可验证随机数进行验证，若验证不通过，则证明抽签结果有问题，并拒绝该抽中企业与用户进行交互；若验证结果正确，则证明抽签结果是随机的，抽中企业是被合法抽中的；
6.4)审计系统对抽中企业与用户的交互过程进行审计，以确保交易正常进行，并判断是否正常进行云内存发放，若交易出现问题，中止抽中企业与用户的交互；否则结束审计；
6.5)各审计系统退出登录。
本发明提供的基于VRF和区块链的多云协同数据安全存储及审计方法具有如下优点：(1)以区块链全网共享记录的形式来进行多云协同的数据存储，与单一云平台相比，具有去中心化的优点。(2)运用多云协同将不同地区，不同性能的云存储平台整合成虚拟的资源池，可实现多企业云平台的统一管理。(3)通过使用可验证随机数对云内存发放平台抽签结果正确性进行验证。(4)引入审计系统对企业上链登录验证以及对抽签结果进行可验证随机数验证，提高了系统的安全性，实现了交互问题的可溯源。
附图说明
图1为本发明提供的基于VRF和区块链的多云协同数据安全存储及审计方法流程图。
图2为可验证随机数的抽签过程示意图。
图3为数据加密及云内存发放过程示意图。
图4为抽签结果的联合审计过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的基于VRF和区块链的多云协同数据安全存储及审计方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)构建区块链：拥有数据的各企业利用P2P网络、共识算法和激励机制共同构建一条支持图灵完备智能合约的区块链，并实现区块链通用功能；在区块链上每个企业作为一个节点，每个企业审计系统作为一个审计节点；
2)编写智能合约：各企业共同编写符合以太坊ERC721标准的智能合约，并部署到上述区块链的各个节点上；智能合约中包括以下方法：公私密钥对及可验证随机数的生成、可验证随机数的抽签以及对抽签结果的联合审计方法。智能合约的目的是承认各企业参与的合法性和对抽签结果的认同。增加安全性，最大程度保证参与企业的隐私安全。
3)生成公私密钥对及可验证随机数：各企业通过智能合约达成共识，并调用智能合约中公私密钥对及可验证随机数的生成方法生成各自的公私密钥对及可验证随机数；
各企业分别生成一对由公钥PK和私钥SK构成的公私密钥对，并以私钥SK作为各节点的输入，生成通过哈希函数产生的可验证随机数。
4)可验证随机数的抽签：各企业提供自己生成的可验证随机数，并调用智能合约中可验证随机数的抽签方法进行可验证随机数的抽签，选出抽中企业并将该企业的可验证随机数进行公示；
如图2所示，具体步骤如下：
4.1)用户向企业发出存储请求；
4.2)各个满足用户需求的企业提供数字签名后，登录到区块链上的某一个节点；
4.3)区块链上的各个节点在智能合约的约束下，通过VRF生成各自的公私密钥对；
4.4)各节点以私钥SK作为节点输入，生成可验证随机数；
4.5)各企业通过智能合约达成的共识对所有可验证随机数进行抽签，选出一个抽中企业，然后抽中企业将其可验证随机数在区块链上进行公示。
5)数据加密及云内存发放:用户通过RSA加密手段生成密钥对，抽中企业和用户利用用户生成的公钥分别加密要发放的云内存和用户需要存储的数据；
如图3所示，具体步骤如下：
5.1)抽中企业向用户提供两种数据存储管理方法：①基本分页式存储管理：适合存储大规模文件，对信息的共享要求不高。②基本分段存储管理：很方便按照逻辑模块实现信息的共享和保护，安全性更高。
5.2)用户通过RSA非对称加密算法生成自己的由公钥K1和私钥K2构成的公私密钥对，并将公钥K1发送给抽中企业；
5.3)用户利用公钥K1加密需要存储的数据；
5.4)抽中企业将分配给用户的云内存利用公钥K1加密后发送给用户；
5.5)用户利用私钥K2打开抽中企业发送的云内存；
5.6)用户通过公钥K1加密自己的数据后选用步骤5.1)中的一种方法存储在抽中企业发送的云内存中。
6)抽签结果的联合审计：各企业审计系统调用智能合约中对抽签结果的联合审计方法验证抽中企业的可验证随机数及交互过程的正确性：
如图4所示，具体步骤如下：
6.1)各企业审计系统发出登录请求，并提供数字签名，经由区块链上的对应节点与其它节点同时验证，验证通过后，分别登录到区块链的某一节点上作为一个审计节点；
6.2)抽中企业将自己的公钥PK和可验证随机数分发给区块链上的其它审计节点；
6.3)审计系统利用公钥PK对抽中企业的可验证随机数进行验证，若验证不通过，则证明抽签结果有问题，并拒绝该抽中企业与用户进行交互；若验证结果正确，则证明抽签结果是随机的，抽中企业是被合法抽中的；
6.4)审计系统对抽中企业与用户的交互过程进行审计，以确保交易正常进行，并判断是否正常进行云内存发放，若交易出现问题，中止抽中企业与用户的交互；否则结束审计；
6.5)各审计系统退出登录。
Claims (5)
1.一种基于VRF和区块链的多云协同数据安全存储及审计方法，其特征在于：所述基于VRF和区块链的多云协同数据安全存储及审计方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)构建区块链：拥有数据的各企业利用P2P网络、共识算法和激励机制共同构建一条支持图灵完备智能合约的区块链，并实现区块链通用功能；在区块链上每个企业作为一个节点，每个企业审计系统作为一个审计节点；
2)编写智能合约：各企业共同编写符合以太坊ERC721标准的智能合约，并部署到上述区块链的各个节点上；智能合约中包括以下方法：公私密钥对及可验证随机数的生成、可验证随机数的抽签以及对抽签结果的联合审计方法；
3)生成公私密钥对及可验证随机数：各企业通过智能合约达成共识，并调用智能合约中公私密钥对及可验证随机数的生成方法生成各自的公私密钥对及可验证随机数；
4)可验证随机数的抽签：各企业提供自己生成的可验证随机数，并调用智能合约中可验证随机数的抽签方法进行可验证随机数的抽签，选出抽中企业并将该企业的可验证随机数进行公示；
5)数据加密及云内存发放:用户通过RSA加密手段生成密钥对，抽中企业和用户利用用户生成的公钥分别加密要发放的云内存和用户需要存储的数据；
6)抽签结果的联合审计：各企业审计系统调用智能合约中对抽签结果的联合审计方法验证抽中企业的可验证随机数及交互过程的正确性。
2.根据权利要求1所述的基于VRF和区块链的多云协同数据安全存储及审计方法，其特征在于：在步骤3)中，所述生成公私密钥对及可验证随机数的方法是：各企业分别生成一对由公钥PK和私钥SK构成的公私密钥对，并以私钥SK作为各节点的输入，生成通过哈希函数产生的可验证随机数。
3.根据权利要求1所述的基于VRF和区块链的多云协同数据安全存储及审计方法，其特征在于：在步骤4)中，所述可验证随机数的抽签的具体步骤如下：
4.1)用户向企业发出存储请求；
4.2)各个满足用户需求的企业提供数字签名后，登录到区块链上的某一个节点；
4.3)区块链上的各个节点在智能合约的约束下，通过VRF生成各自的公私密钥对；
4.4)各节点以私钥SK作为节点输入，生成可验证随机数；
4.5)各企业通过智能合约达成的共识对所有可验证随机数进行抽签，选出一个抽中企业，然后抽中企业将其可验证随机数在区块链上进行公示。
4.根据权利要求1所述的基于VRF和区块链的多云协同数据安全存储及审计方法，其特征在于：在步骤5)中，所述数据加密及云内存发放的具体步骤如下：
5.1)抽中企业向用户提供两种数据存储管理方法：①基本分页式存储管理：适合存储大规模文件，对信息的共享要求不高；②基本分段存储管理：很方便按照逻辑模块实现信息的共享和保护，安全性更高；
5.2)用户通过RSA非对称加密算法生成自己的由公钥K1和私钥K2构成的公私密钥对，并将公钥K1发送给抽中企业；
5.3)用户利用公钥K1加密需要存储的数据；
5.4)抽中企业将分配给用户的云内存利用公钥K1加密后发送给用户；
5.5)用户利用私钥K2打开抽中企业发送的云内存；
5.6)用户通过公钥K1加密自己的数据后选用步骤5.1)中的一种方法存储在抽中企业发送的云内存中。
5.根据权利要求1所述的基于VRF和区块链的多云协同数据安全存储及审计方法，其特征在于：在步骤6)中，所述抽签结果的联合审计的具体步骤如下：
6.1)各企业审计系统发出登录请求，并提供数字签名，经由区块链上的对应节点与其它节点同时验证，验证通过后，分别登录到区块链的某一节点上作为一个审计节点；
6.2)抽中企业将自己的公钥PK和可验证随机数分发给区块链上的其它审计节点；
6.3)审计系统利用公钥PK对抽中企业的可验证随机数进行验证，若验证不通过，则证明抽签结果有问题，并拒绝该抽中企业与用户进行交互；若验证结果正确，则证明抽签结果是随机的，抽中企业是被合法抽中的；
6.4)审计系统对抽中企业与用户的交互过程进行审计，以确保交易正常进行，并判断是否正常进行云内存发放，若交易出现问题，中止抽中企业与用户的交互；否则结束审计；
6.5)各审计系统退出登录。
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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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