CN114389846A - 一种基于区块链多交易拆分的数据隐蔽传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于区块链多交易拆分的数据隐蔽传输方法，属于区块链及数据隐蔽传输技术领域。本发明将隐蔽信息拆分嵌入到多个区块链交易中，即使攻击者找到单个区块链交易，也无法恢复出隐蔽信息。由此可见，与现有的基于区块链的数据隐蔽传输方案相比，本发明有效提高了隐蔽性。本发明适用于多种隐蔽信息嵌入/提取方式，包括但不限于在交易的金额、地址、自定义数据等字段嵌入隐蔽信息。同时，本发明也可在多种区块链平台中实现数据的隐蔽传输，包括比特币、以太坊、EOS等公有区块链平台和Hyperledger Fabric等联盟区块链平台。因此，本发明具有很强的实用性。

Description

一种基于区块链多交易拆分的数据隐蔽传输方法

技术领域

本发明涉及一种数据隐蔽传输方法，具体涉及一种基于区块链多交易拆分的数据隐蔽传输方法，属于区块链及数据隐蔽传输技术领域。

背景技术

当前，以信息隐藏技术为代表的数据隐蔽传输机制，在秘密共享、情报传输等领域发挥着重要作用。与通过数据加密来隐藏发送方和接收方通信内容的方法不同，数据隐蔽传输机制旨在隐藏发送方和接收方的行为，即，第三方无法感知到发送方和接收方之间存在通信行为，进而无法感知到隐蔽信息的存在，这进一步保护了通信双方的行为隐私。

但是，传统的数据隐蔽传输机制，仍然存在通信信道被监管、传输过程不可靠、双方身份易暴露等问题，难以满足在公开信道下实现可靠高效的数据隐蔽传输需求。

区块链技术具有无中心化、不可篡改等特性，任何人或机构无法通过控制一个或几个节点的方式控制整个区块链网络，并且数据一旦存储在区块链上，就无法被修改或删除。因此，将区块链技术应用于数据隐蔽传输机制，将有助于解决现有数据隐蔽传输机制中存在的上述问题。

目前，基于区块链的数据隐蔽传输机制，主要为基于区块链交易字段的数据隐蔽传输方法。在此类方法中，隐蔽信息被嵌入到区块链的交易字段中，包括交易的金额、输入输出地址数量、交易的自定义数据字段等。发送方和接收方预先约定一个区块链地址A作为接收方筛选交易的标签，地址A由发送方生成。在数据隐蔽传输过程中，发送方首先将明文或密文形式的隐蔽信息嵌入在交易中，并使用地址A作为交易的输入地址，接收方在区块链网络中若筛选到输入地址为A的交易，说明该交易中携带隐蔽信息，之后，接收方通过和发送方预先约定好的方案，恢复出隐蔽信息。

然而，上述过程仅仅将隐蔽信息嵌入单个区块链交易中。一旦某个携带隐蔽信息的交易暴露，攻击者就可以直接提取并恢复出该交易中嵌入的隐蔽信息，这些信息同样有助于攻击者找到其它嵌入隐蔽信息的交易，这给基于区块链的数据隐蔽传输应用造成了极大安全威胁，导致现有方式仍然无法应用在实际的数据隐蔽传输场景中。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，为解决区块链数据隐蔽传输过程中的隐蔽性问题，提高安全性和实用性，创造性地提出一种基于区块链多交易拆分的数据隐蔽传输方法。

本发明的创新点在于：利用地址组筛选机制和隐蔽信息拆分机制，将隐蔽信息拆分并嵌入到多个区块链交易中。攻击者即使获得单个区块链交易，也无法恢复出隐蔽信息。

区块链网络是一种去中心化网络，具有公开透明、不可篡改等特点，典型的区块链网络包括比特币、以太坊等。区块链网络中的数据主要由成百上千万的区块链交易构成，其中，区块链交易中的字段，如交易金额、交易地址、交易自定义数据等字段，常被用作隐蔽信息嵌入的载体。

与现有技术将完整的隐蔽信息嵌入单个交易的方式不同，本发明方法中，仅仅是将嵌入拆分后的隐蔽信息嵌入交易字段。

本方法采用以下技术方案实现。

一种基于区块链多交易拆分的数据隐蔽传输方法，包括以下步骤：

步骤1：链下协商。

发送方和接收方预先协商一个区块链地址集合，集合中包括N个区块链地址，这些地址均由发送方生成，用于发送方发送交易和接收方筛选交易。同时，发送方会和接收方预先协商隐蔽信息的拆分数量，即一条隐蔽信息将会被拆分成n条子隐蔽信息。同时，发送方会和接收方还会预先协商好隐蔽信息的嵌入/提取方法，便于接收方从交易中提取和恢复出隐蔽信息。这里的隐蔽信息可以是明文形式，也可以是密文形式。如果是密文形式，发送方需要额外与接收方协商解密密钥，便于接收方将隐蔽信息解密，得到解密后的结果。

其中，发送方维护一个区块链节点，在隐蔽传输过程中，发送方将隐蔽信息拆分成n条，基于和接收方预先协商好的隐蔽信息嵌入规则，将拆分后的信息分别嵌入到多条区块链交易，并将交易广播到区块链网络中。

接收方维护一个区块链节点，通过和发送方预先协商的地址组筛选出携带拆分后隐蔽信息的n条区块链交易，并利用和发送方预先协商的隐蔽信息提取规则，将拆分后的隐蔽信息合并，最终提取出隐蔽信息。

步骤2：嵌入隐蔽信息。

发送方根据经步骤1与接收方协商的隐蔽信息拆分数，将隐蔽信息拆分成相应的子隐蔽信息。对于每一条子隐蔽信息，发送方使用经步骤1与接收方协商的隐蔽信息嵌入方法，将子隐蔽信息嵌入到区块链交易中，该区块链交易中所使用的输入地址至少有一个是在与接收方协商好的地址集合内。最终，发送方生成与隐蔽信息拆分数量相同的区块链交易。

步骤3：传输隐蔽信息。

发送方通过广播的形式，将步骤2中的区块链交易广播到区块链网络中。

由于区块链网络采用基于广播的同步机制，发送方在隐蔽信息传输阶段无需指定接收方的IP地址，只需要确保所发的区块链交易成功被记录在区块链上。同时，由于区块链的不可篡改性质，交易一旦上链，就不会被修改和删除。因此，只要交易成功上链，隐蔽交易就能够成功被接收方所接收。

步骤4：提取隐蔽信息。

接收方每同步一个新区块，就要对区块中的每一个交易进行筛选。只要交易的输入地址中至少有一个地址包含在步骤1中与发送方预先协商的地址集合内，则该交易就被视为携带子隐蔽信息的交易。

在筛选出与发送方预先协商的隐蔽信息的拆分数量相同的交易后，接收方将提取出的子隐蔽信息进行聚合，恢复出隐蔽信息。

有益效果

本方法，对比现有技术，具有以下优点：

1.隐蔽性高。本发明将隐蔽信息拆分嵌入到多个区块链交易中，即使攻击者找到单个区块链交易，也无法恢复出隐蔽信息。由此可见，与现有的基于区块链的数据隐蔽传输方案相比，本发明有效提高了隐蔽性。

2.实用性强。本发明适用于多种隐蔽信息嵌入/提取方式，包括但不限于在交易的金额、地址、自定义数据等字段嵌入隐蔽信息。同时，本发明也可在多种区块链平台中实现数据的隐蔽传输，包括但不限于比特币、以太坊、EOS等公有区块链平台和HyperledgerFabric等联盟区块链平台。因此，本发明具有很强的实用性。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步清楚、完整地描述说明。

实施例1

本实施例提出了一种基于异或的信息拆分方法，发送方将隐蔽信息拆分为n份，接收方需要将全部n份拆分后的信息进行聚合，才能够恢复出隐蔽信息。

如图1所示，一种基于区块链多交易拆分的数据隐蔽传输方法，包括如下过程：

步骤1：链下协商。

在进行区块链数据隐蔽传输之前，发送方和接收方首先通过链下信道，协商所用的地址集合A，A＝{A₁,…,A_m}，其中，A包括m个区块链地址，这些地址均由发送方生成。同时，发送方和接收方协商隐蔽信息的拆分数量n，n<m；发送方和接收方协商隐蔽信息的嵌入/提取方法，这里的隐蔽信息嵌入/提取方法可以采用现有技术实现，比如，在区块链交易中的自定义数据字段嵌入256比特的隐蔽信息，接收方只需提取区块链交易中的自定义数据字字段即可实现隐蔽信息的提取，为方便后边的表述，在本实施例中，将使用上述方式实现对隐蔽信息的嵌入和提取。

步骤2：嵌入隐蔽信息。

设发送方需要传输的隐蔽信息为长度256比特的字符串s。首先，发送方随机生成n-1个长度为256比特的密钥{k₁,k₂,…,k_n-1}，并计算

其中

为按位异或操作。此时，隐蔽信息已被拆分为n个子隐蔽信息{k₁,k₂,…,k_n}。

然后，发送方随机产生n个区块链交易{T₁,T₂,…,T_n}，每个交易的地址中需要保证至少有一个输入地址属于集合A。之后，发送方将密钥k₁嵌入交易T₁的数据字段中，将密钥k₂嵌入交易T₂的数据字段中，以此类推。

最后，发送方将密钥k_n嵌入交易T_n的数据字段中，此时，所有拆分后的隐蔽信息均已嵌入到区块链交易当中。

步骤3：传输隐蔽信息。

发送方将步骤2中已嵌入隐蔽信息的n个区块链交易广播到区块链网络，广播顺序随机。当上述交易全部上链时，代表隐蔽信息传输成功。

由于区块链基于广播的数据同步机制，发送方在隐蔽信息传输阶段无需使用接收方的区块链节点IP地址，接收方在接收时也无法知道发送方使用的区块链节点IP地址，这在一定程度上增加了匿名性。同时，由于区块链的不可篡改性，只要发送方的交易上链，接收方就能成功获取到发送方的交易。

步骤4：提取隐蔽信息。

每当同步一个新的区块，接收方需要遍历区块中的所有交易，如果某个交易的某个输入地址在集合A中，说明该交易携带子隐蔽信息。

基于上述筛选规则，接收方能够成功接收到发送方发来的n个交易{T′₁，T′₂,…,T′_n}，并提取上述交易中拆分后的隐蔽信息{k′₁,k′₂,…,k′_n}。显然，集合{k′₁,k′₂,…,k′_n}与集合{k₁,k₂,…,k_n}相等。

最后，接收方根据

对拆分后的隐蔽信息进行聚合。由步骤2中的隐蔽信息拆分规则可知，

即接收方成功恢复出发送方所传输的隐蔽信息s。

实施例2

实施例2提出了一种基于秘密共享的信息拆分方法，发送方将隐蔽信息拆分为n份，接收方只需将其中t份拆分后的信息进行聚合，即可恢复出隐蔽信息，t≤n。

如图1所示，一种基于区块链多交易拆分的数据隐蔽传输方法，包括如下过程：

步骤1：链下协商。

在进行区块链数据隐蔽传输之前，发送方和接收方需要预先通过链下信道的方式协商所用的地址集合A＝{A₁,…,A_m}，其中包括m个区块链地址，这些地址均由发送方生成。此外，发送方和接收方协商隐蔽信息的拆分数量n，n<m，用于恢复隐蔽信息所需交易的阈值数t、有限域

(其中N为256位质数)，以及隐蔽信息的嵌入/提取方法。这里的隐蔽信息嵌入/提取方法可以采用现有技术实现，如在区块链交易中的自定义数据字段嵌入256比特的隐蔽信息，接收方只需提取区块链交易中的自定义数据字字段即可实现隐蔽信息的提取。为方便后边的表述，本实施例将使用该方式实现对隐蔽信息的嵌入和提取。

步骤2：嵌入隐蔽信息。

设发送方需要传输的隐蔽信息

发送方随机生成t-1个数

令α₀＝s，在

上构造多项式

之后，任取n个不同的数

计算g(r₁),g(r₂),…,g(r_n)，得到n组输入输出对G＝{(r₁,g(r₁)),(r₂,g(r₂)),…,(r_n,g(r_n))}。此时，隐蔽信息已被拆分为n个子隐蔽信息{(r₁,g(r₁)),(r₂,g(r₂)),…,(r_n,g(r_n))}，记为{f₁,f₂,…,f_n}。

然后，发送方随机产生n个区块链交易{T₁,T₂,…,T_n}，每个交易的地址中需要保证至少有一个输入地址属于集合A。之后，发送方将f₁嵌入T₁的数据字段中，将f₂嵌入T₂的数据字段中，以此类推。

最后，发送方将f_n嵌入T_n的数据字段中，此时所有拆分后的隐蔽信息均已嵌入到区块链交易当中。

步骤3：传输隐蔽信息。方法过程同实施例1中的步骤3。

步骤4：提取隐蔽信息。

每当同步一个新区块，接收方需要遍历区块中的所有交易，如果某个交易的某个输入地址在集合A中，说明该交易携带子隐蔽信息。基于上述筛选规则，接收方可以成功接收到发送方发来的t个交易{T′₁,T′₂,…,T′_t}，t≤n，并提取上述交易中拆分后的隐蔽信息{f′₁,f′₂,…,f′_t}，其中f_i＝(r′_i,g(r′_i))，显然集合{f′₁,f′₂,…,f′_t}是集合{f₁,f₂,…,f_n}的子集。最后，接收方根据式1构造插值多项式h(x)：

将x＝0代入h(x)，就能够成功恢复出发送方所传输的隐蔽信息s。

为了说明本发明的内容及实施方法，本说明书给出了上述具体实施例。但是，本领域技术人员应理解，本发明不局限于上述最佳实施方式。凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于区块链多交易拆分的数据隐蔽传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：链下协商；

发送方和接收方预先协商一个区块链地址集合，集合中包括N个区块链地址，这些地址均由发送方生成，用于发送方发送交易和接收方筛选交易；同时，发送方会和接收方预先协商隐蔽信息的拆分数量，即一条隐蔽信息将会被拆分成n条子隐蔽信息；同时，发送方会和接收方还会预先协商好隐蔽信息的嵌入/提取方法，便于接收方从交易中提取和恢复出隐蔽信息；

步骤2：嵌入隐蔽信息；

发送方根据经步骤1与接收方协商的隐蔽信息拆分数，将隐蔽信息拆分成相应的子隐蔽信息；对于每一条子隐蔽信息，发送方使用经步骤1与接收方协商的隐蔽信息嵌入方法，将子隐蔽信息嵌入到区块链交易中，该区块链交易中所使用的输入地址至少有一个是在与接收方协商好的地址集合内；最终，发送方生成与隐蔽信息拆分数量相同的区块链交易；

步骤3：传输隐蔽信息；

发送方通过广播的形式，将步骤2中的区块链交易广播到区块链网络中；

由于区块链网络采用基于广播的同步机制，发送方在隐蔽信息传输阶段无需指定接收方的IP地址，只需要确保所发的区块链交易成功被记录在区块链上；同时，由于区块链的不可篡改性质，交易一旦上链，就不会被修改和删除，因此，只要交易成功上链，隐蔽交易就能够成功被接收方所接收；

步骤4：提取隐蔽信息；

接收方每同步一个新区块，就要对区块中的每一个交易进行筛选；只要交易的输入地址中至少有一个地址包含在步骤1中与发送方预先协商的地址集合内，则该交易就被视为携带子隐蔽信息的交易；

在筛选出与发送方预先协商的隐蔽信息的拆分数量相同的交易后，接收方将提取出的子隐蔽信息进行聚合，恢复出隐蔽信息。

2.一种基于区块链多交易拆分的数据隐蔽传输方法，其特征在于，隐蔽信息为明文形式。

3.一种基于区块链多交易拆分的数据隐蔽传输方法，其特征在于，隐蔽信息为密文形式，此时，发送方需要额外与接收方协商解密密钥，便于接收方将隐蔽信息解密，得到解密后的结果。

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