CN114567427B - 一种区块链隐蔽数据分段传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种区块链隐蔽数据分段传输方法，属于数据隐蔽传输技术领域。本方法将文本数据进行分段，将分段后的数据存储在区块链交易的自定义数据段中。使用区块链平台实施隐蔽信息传输，由于区块链的广播机制，发送方无需与接收方直接建立连接，这样不会暴露通信双方的地址，在一定程度上实现了通信双方的匿名性。利用区块链中的自定义数据字段存储隐蔽信息，将文本的隐蔽数据进行分段，通过多笔区块链交易传输隐蔽信息，实现了基于区块链的文本隐蔽数据传输。本方法匿名性强、实用性高，可用于多种区块链网络。

Description

一种区块链隐蔽数据分段传输方法

技术领域

本发明涉及一种数据传输方法，具体涉及一种区块链隐蔽数据分段传输方法，属于数据隐蔽传输技术领域。

技术背景

随着计算机网络的发展，越来越多的人和公司使用互联网交流沟通。在交流过程中，包含个人信息甚至商业机密的信息在网络信道上传输，这带来了安全和隐私问题。因此，越来越多基于密码原语的隐私保护技术被提出，以保障通信过程中用户隐私信息的机密性和完整性。在这些机密通信场景中，传输的内容和通信行为本身都应该受到保护。

为了隐藏互联网上的通信行为，在传统的隐写技术基础上，研究人员提出了隐蔽通信的概念。隐蔽通信实现了在公开信道中双方数据隐蔽传输行为的保护，监听公开信道的敌手无法感知到隐蔽通信的发送方和接收方正在进行隐蔽通信这一行为。

通常，通过以下方案实现数据的隐蔽传输：

方案1：利用传统的隐写技术进行数据的隐蔽传输。在典型的隐蔽通信场景中，发送方通过隐蔽信道向接收方发送隐蔽信息，其中传输的隐蔽信息和通信行为都不能透露给他人。为此，研究人员提出了一些基于网络协议和应用的隐蔽信道。如VoLTE上的时间隐信道方案，通过对语音和视频数据包进行重新排序，通过VoLTE网络将信息隐蔽地传递给接收方。接收方接收重新排序的数据包，然后将其解码回明文信息。

方案2：在区块链网络中，使用LSB(最低有效位)嵌入方法，将隐蔽信息嵌入比特币地址的最低比特当中。发送方和接收方通过安全信道预先共享发送方用于发送特殊交易的输入地址，利用输出地址的最低有效位嵌入隐蔽信息。接收方只需要监听所有从发送方地址发出的交易，收集所有交易中的输出地址，将其最低有效位提取出来，并按照交易的顺序进行重新组合，即可提取出隐蔽信息。

但是，上述方案存在如下技术缺陷：

1.隐蔽性低。第一种方案是传统的数据隐蔽传输方案，在该方案中，发送方直接利用接收方的IP地址与接收方进行连接，其存在IP地址被追溯导致身份泄露问题。此外，在数据隐蔽传输过程中，发送方和接收方都需要在整个过程中保持在线，这种传输过程中需要时刻保持在线的局限性也增加了暴露双方身份和数据隐蔽传输行为本身的风险。

2.实用性差。第二种方案是LSB嵌入方法，采用地址的最低有效位来嵌入隐蔽信息，使得一个输出地址只能传输1比特的信息(0或者1)。因此，该方案的传输效率低，不支持较长文本传输。并且，由于矿工节点打包时会对交易池中的未确认交易进行重新排序，这样可能会导致在下一个区块中的特殊交易的顺序发生变化，导致接收方提取隐蔽信息的时候发生错误。因此，发送方必须确认一个特殊交易上链后，才能发送下一笔。这又进一步降低了隐蔽信息的传输效率。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，为了解决数据隐蔽传输存在隐蔽性差、实用性差的技术问题，创造性地提出一种区块链隐蔽数据分段传输方法。本方法将文本数据进行分段，将分段后的数据存储在区块链交易的自定义数据段中。本方法尤其适用于长文本的隐蔽数据传输。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种区块链隐蔽数据分段传输方法，包括以下步骤：

步骤1：预协商密钥。

发送方与接收方事先协商好一种特殊交易的筛选方法，用于加密隐蔽信息的密钥和隐蔽信息分段的相关参数。

步骤2：隐蔽数据分段与嵌入。

发送方使用经步骤1与接收方预先协商好的密钥加密隐蔽信息，并通过和接收方预先协商好的分段方法，将加密后的隐蔽信息分成多个分段，将每个分段信息前边拼接对应的分段序列号(即本分段是原始信息的第几个分段)和本次分段的总数，便于接收方恢复分段后的信息。

之后，发送方构造和分段数相同的普通交易，使用和接收方预先协商的交易筛选方法构造可变标签，并将分段后的密文隐蔽信息嵌入到这些交易的自定义数据字段中，最终构造出多条特殊交易。

最后，发送方将这些特殊交易以广播的形式发送到区块链网络中。

步骤3：隐蔽数据提取与恢复。

在同步到新区块后，接收方使用步骤1中与发送方预先协商好的交易筛选方法，在新区块中筛选特殊交易。当获得特殊交易后，接收方提取存储在这些特殊交易自定义数据段中的分段信息，并根据分段序列号将分段信息排序拼接。

最终，使用步骤1中与发送方预先协商的密钥解密拼接后的信息，恢复出隐蔽信息。

其中，区块链交易，是指用于存储数据的区块链交易。区块链交易是区块链网络中不同节点之间为了完成数据交互而采用的一种数据结构，每一个区块链交易中都包含输入地址字段、输出地址字段、数据存储字段和其它字段信息。

发送方，是指用于发送数据的客户端。发送方负责对原始数据加密并分段、构造嵌入分段隐蔽信息的特殊交易，并将携带加密数据的交易广播到区块链网络。

接收方，是指用于接收数据的客户端。接收方负责从区块链网络中筛选携带加密分段数据的交易，然后从交易中提取密文数据并恢复分段，最终解密获得原文。

普通交易，是指正常存储数据的区块链交易。

特殊交易，是指嵌入了隐蔽信息的区块链交易，接收方通过预先协商好的筛选方法将特殊交易筛选出来，并恢复其中嵌入的隐蔽信息。

交易筛选，是指使用提取算法从区块链网络中携带加密数据的交易。

分段，是指将隐蔽信息拆分成多个数据段，便于嵌入和传输。

有益效果

本发明方法，对比现有技术，具有以下优点：

1.匿名性强。本方法使用区块链平台实施隐蔽信息传输，由于区块链的广播机制，发送方无需与接收方直接建立连接，这样不会暴露通信双方的地址，在一定程度上实现了通信双方的匿名性。

2.实用性高。本方法利用区块链中的自定义数据字段存储隐蔽信息，将文本的隐蔽数据进行分段，通过多笔区块链交易传输隐蔽信息，实现了基于区块链的文本隐蔽数据传输。

本方法可用于多种区块链网络，包括但不限于比特币、以太坊、HyperledgerFabric等。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图。

图2为本方法具体实施方式中的分段结构图。

图3为本方法具体实施方式中的封装分段信息结构图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明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。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，一种区块链隐蔽数据分段传输方法，包括以下步骤：

步骤1：预协商密钥。发送方与接收方事先协商好特殊交易的筛选方法，用于加密隐蔽信息的密钥和隐蔽信息分段的相关参数。

具体地，发送方与接收方预协商好加密的一次性密钥K，发送方与接收方事先协商的分段数量为n。如图2所示。

在本实施例中，使用一个安全对称密钥密码系统SKE来加密分段的隐蔽消息，SKE方案包括加密算法Enc和解密算法Dec，其中：

加密算法：c←Enc(K,m)，表示接收一个密钥K和一个隐蔽信息m作为输入，并输出一个密文c。

解密算法：m←Dec(K,c)，表示接收一个密钥K和一个密文c作为输入，并输出解密的隐蔽信息m。

步骤2：隐蔽数据分段与嵌入。

发送方使用经步骤1与接收方预先协商好的密钥加密隐蔽信息，并通过和接收方预先协商好的分段方法，将加密后的隐蔽信息分成n个分段，将每个分段信息前边拼接对应的分段序列号(即本分段是原始信息的第几个分段)和本次分段的总数，便于接收方恢复分段后的信息。

之后，发送方构造和分段数相同的普通交易，使用和接收方预先协商的交易筛选方法构造可变标签，并将分段后的密文隐蔽信息嵌入到这些交易的自定义数据字段中，最终构造出多条特殊交易。

最后，发送方将这些特殊交易以广播的形式发送到区块链网络中。

具体地，特殊交易的生成过程如下：

步骤2.1：隐蔽信息拆分。当发送方向接收方发送隐蔽信息时，首先，发送方随机选择一个划分M＝{m₁,m₂,…,m_n}，使得 表示从0到2¹⁶-1的所有整数集合，且对于任意i＝1,2,…,n有|m_i|≥l_s，l_s表示数据段的最小位长。较高的n意味着较短的平均分段长度，这可能会增强特定交易的安全性和不可检测性。由于区块链中使用泛洪机制传播交易，接收方异步接收的特定交易的顺序可能与发送顺序不匹配。因此，发送方将分配一个序列号seq以帮助接收方重新排列分段数据。

发送方首先构造n个输入地址为addr的区块链交易{T′₁,T′₂,…,T′_n}。然后，执行步骤2.2来构造n个新的特殊交易{T″₁,T″₂,…,T″_n}，其中，分段和加密的隐蔽信息存储在每个T″_i的自定义数据字段中。

步骤2.2：分段交易构造。其输入包括：分段数量n，分段后的隐蔽信息集合M，M＝{m₁,m₂,…,m_n}，其中m_i表示第i段隐蔽信息，将m₁,…,m_n依次拼接即可得到完整的隐蔽信息m，密钥K，以及输入地址为addr的区块链交易列表T_list＝{T′₁,T′₂,T′₃,…,T′_n}，其中T′_i表示第i个输入地址为addr的区块链交易；输出为：一个新的交易列表L′。

具体地，步骤2.2包括以下步骤：

步骤2.2.1：初始化交易列表L′；

步骤2.2.2：令seq为分段序列号，/>表示从0到2¹⁶-1的所有整数集合；

步骤2.2.3：初始化一个计数器,ctr＝1；

步骤2.2.4：对在交易列表T_list中的每一个输入地址为addr的区块链交易T′，执行步骤2.2.5至步骤2.2.8；

步骤2.2.5：将T′解析成(addrⁱ,addr^o,D)，其中，addrⁱ为输入地址，addr^o为输出地址，D为区块链交易的自定义数据字段；

步骤2.2.6：如图3所示，构造添加协议字段后的封装分段信息m′，其中m′＝seq‖n‖m_ctr，这里的seq为分段序列号，n为分段数，m_ctr为第ctr个分段，||为字符拼接操作；

使用密钥K将封装信息m′加密，得到加密后的密文c＝SKE.Enc(K,m′)，其中SKE.Enc表示加密算法；

将当前区块链交易T′的自定义数据字段设为密文c，得到更新的区块链交易T″，即令T″＝(addrⁱ,addr^o,c)；

步骤2.2.7：将T″加入L′；

步骤2.2.8：令ctr＝ctr+1，令seq＝seq+1mod2¹⁶，这里的mod表示模运算；

步骤2.2.9：结束循环，返回列表L′。

步骤3：隐蔽数据提取与恢复。

在同步到新区块后，接收方使用步骤1中与发送方预先协商好的交易筛选方法，在新区块中筛选特殊交易。当获得特殊交易后，接收方提取存储在这些特殊交易自定义数据段中的分段信息，并根据分段序列号将分段信息排序拼接。

最终，使用步骤1中与发送方预先协商的密钥解密拼接后的信息，恢复出隐蔽信息。

接收方读取区块链网络中同步的交易数据，找到输入地址为addr的交易，即为发送方发送的特殊交易，然后接收方进行隐蔽信息恢复，从这些特殊交易中提取分段后的密文信息，将其恢复并解密后，得到隐蔽信息。

具体地，隐蔽信息恢复过程如下：

输入：包括私钥K₀、地址为addr₀的区块链交易列表L＝{T₁,T₂,…,T_n}、发送方与接收方预先协商的解密密钥K，T_i表示交易列表L中的第i个区块链交易。

输出为恢复的隐蔽信息m。

步骤3.1：初始化一个列表tmp，用于保存解密后的分段信息。

步骤3.2：初始化一个计数器ctr＝1，代表收到的分段数。

步骤3.3：对于L中的每一个区块链交易T，均执行步骤3.4至步骤3.8：

步骤3.4：将T解析成(addrⁱ,addr^o,c)，addrⁱ为输入地址，addr^o为输出地址，c为区块链交易的自定义数据字段；

步骤3.5：将自定义数据字段c中的密文解密，得到解密后的结果m′_ctr＝SKE.Dec(K,c)，其中SKE.Dec表示加密算法；

步骤3.6：将m′_ctr解析成,seq_ctr||m_ctr，seq_ctr表示收到的第ctr个分段对应的序列号，m_ctr表示收到的第ctr个分段对应的隐蔽信息；

步骤3.7：将(seq_ctr,m_ctr)加入至列表tmp。

步骤3.8：令计数器ctr＝ctr+1；

结束循环后，执行步骤3.9：将tmp中的条目按seq的升序重新排列，得到排序后的列表tmp′＝{(seq₁m₁),…,(seq_n,m_n)}，这里的seq_n表示发送方对隐蔽信息分段时设置的序列号；

步骤3.10：将对seq排序后的分段m₁,…,m_n拼接，得到原始的隐蔽信息m＝m₁‖m₂‖…||m_n。

步骤3.11：返回成功恢复的隐蔽信息m。

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，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，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 (5)

1.一种区块链隐蔽数据分段传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：预协商密钥；

发送方与接收方事先协商好特殊交易的筛选方法，用于加密隐蔽信息的密钥和隐蔽信息分段的相关参数；

步骤2：隐蔽数据分段与嵌入；

发送方使用经步骤1与接收方预先协商好的密钥加密隐蔽信息，并通过和接收方预先协商好的分段方法，将加密后的隐蔽信息分成多个分段，将每个分段信息前边拼接对应的分段序列号和本次分段的总数，便于接收方恢复分段后的信息；

之后，发送方构造和分段数相同的普通交易，使用和接收方预先协商的交易筛选方法构造可变标签，并将分段后的密文隐蔽信息嵌入到这些交易的自定义数据字段中，最终构造出多条特殊交易；

最后，发送方将这些特殊交易以广播的形式发送到区块链网络中；

步骤3：隐蔽数据提取与恢复；

在同步到新区块后，接收方使用步骤1中与发送方预先协商好的交易筛选方法，在新区块中筛选特殊交易；当获得特殊交易后，接收方提取存储在这些特殊交易自定义数据段中的分段信息，并根据分段序列号将分段信息排序拼接；

最终，使用步骤1中与发送方预先协商的密钥解密拼接后的信息，恢复出隐蔽信息；

其中，区块链交易，是指用于存储数据的区块链交易；

发送方，是指用于发送数据的客户端；发送方负责对原始数据加密并分段、构造嵌入分段隐蔽信息的特殊交易，并将携带加密数据的交易广播到区块链网络；

接收方，是指用于接收数据的客户端；接收方负责从区块链网络中筛选携带加密分段数据的交易，然后从交易中提取密文数据并恢复分段，最终解密获得原文；

普通交易，是指正常存储数据的区块链交易；

特殊交易，是指嵌入了隐蔽信息的区块链交易，接收方通过预先协商好的筛选方法将特殊交易筛选出来，并恢复其中嵌入的隐蔽信息；

交易筛选，是指使用提取算法从区块链网络中筛选携带加密数据的交易；

分段，是指将隐蔽信息拆分成多个数据段，便于嵌入和传输。

2.如权利要求1所述的一种区块链隐蔽数据分段传输方法，其特征在于，步骤1中，特殊交易的筛选方法，具体如下：

发送方与接收方预协商好加密的一次性密钥K，发送方与接收方事先协商的分段数量为n；

使用一个安全对称密钥密码系统SKE来加密分段的隐蔽消息，SKE方案包括加密算法Enc和解密算法Dec，其中：

加密算法：c←Enc(K，m)，表示接收一个密钥K和一个隐蔽信息m作为输入，并输出一个密文c；

解密算法：m←Dec(K，c)，表示接收一个密钥K和一个密文c作为输入，并输出解密的隐蔽信息m。

3.如权利要求1所述的一种区块链隐蔽数据分段传输方法，其特征在于，步骤2中，特殊交易的生成过程如下：

步骤2.1：隐蔽信息拆分；

当发送方向接收方发送隐蔽信息时，首先，发送方随机选择一个划分M＝{m₁，m₂，...，m_n}，使隐蔽信息m＝m₁||m₂||…||m_n， 表示从0到2¹⁶-1的所有整数集合，且对于任意i＝1,2，...，n有|m_i|≥l_s，l_s表示数据段的最小位长；发送方将分配一个序列号seq以帮助接收方重新排列分段数据；

发送方首先构造n个输入地址为addr的区块链交易{T′₁，T′₂，...，T′_n}；然后，执行步骤2.2来构造n个新的特殊交易{T″₁，T″₂，...，T″_n}，其中，分段和加密的隐蔽信息存储在每个T″_i的自定义数据字段中；

步骤2.2：分段交易构造；

其输入包括：分段数量n，分段后的隐蔽信息集合M，M＝{m₁，m₂，...，m_n}，其中m_i表示第i段隐蔽信息，将m₁，...，m_n依次拼接得到完整的隐蔽信息m，密钥K，以及输入地址为addr的区块链交易列表T_list＝{T′₁，T′₂，T′₃，...，T′_n}，其中T′_i表示第i个输入地址为addr的区块链交易；输出为：一个新的交易列表L′；

步骤3：隐蔽数据提取与恢复；

在同步到新区块后，接收方使用步骤1中与发送方预先协商好的交易筛选方法，在新区块中筛选特殊交易；当获得特殊交易后，接收方提取存储在这些特殊交易自定义数据段中的分段信息，并根据分段序列号将分段信息排序拼接；

最终，使用步骤1中与发送方预先协商的密钥解密拼接后的信息，恢复出隐蔽信息；接收方读取区块链网络中同步的交易数据，找到输入地址为addr的交易，即为发送方发送的特殊交易，然后接收方进行隐蔽信息恢复，从这些特殊交易中提取分段后的密文信息，将其恢复并解密后，得到隐蔽信息。

4.如权利要求3所述的一种区块链隐蔽数据分段传输方法，其特征在于，步骤2.2包括以下步骤：

步骤2.2.1：初始化交易列表L′；

步骤2.2.2：令seq为分段序列号，/>表示从0到2¹⁶-1的所有整数集合；

步骤2.2.3：初始化一个计数器ctr＝1；

步骤2.2.4：对在交易列表T_list中的每一个输入地址为addr的区块链交易T′，执行步骤2.2.5至步骤2.2.8；

步骤2.2.5：将T′解析成(addrⁱ，addr^o，D)，其中，addrⁱ为输入地址，addr^o为输出地址，D为区块链交易的自定义数据字段；

步骤2.2.6：构造添加协议字段后的封装分段信息m′，其中m′＝seq||n||m_ctr，这里的seq为分段序列号，n为分段数，m_ctr为第ctr个分段，||为字符拼接操作；

使用密钥K将封装信息m′加密，得到加密后的密文c＝SKE.Enc(K，m′)，其中SKE.Enc表示加密算法；

将当前区块链交易T′的自定义数据字段设为密文c，得到更新的区块链交易T″，即令T″＝(addrⁱ，addr^o，c)；

步骤2.2.7：将T″加入L′；

步骤2.2.8：令ctr＝ctr+1，令seq＝(seq+1)mod 2¹⁶，这里的mod表示模运算；

步骤2.2.9：结束循环，返回列表L′。

5.如权利要求3所述的一种区块链隐蔽数据分段传输方法，其特征在于，步骤3中，隐蔽信息恢复过程如下：

输入：包括私钥K₀、地址为addr₀的区块链交易列表L＝{T₁，T₂，...，T_n}、发送方与接收方预先协商的解密密钥K，T_i表示交易列表L中的第i个区块链交易；输出为恢复的隐蔽信息m；

步骤3.1：初始化一个列表tmp，用于保存解密后的分段信息；

步骤3.2：初始化一个计数器ctr＝1，代表收到的分段数；

步骤3.3：对于L中的每一个区块链交易T，均执行步骤3.4至步骤3.8：

步骤3.4：将T解析成(addrⁱ，addr^o，c)，addrⁱ为输入地址，addr^o为输出地址，c为区块链交易的自定义数据字段；

步骤3.5：将自定义数据字段c中的密文解密，得到解密后的结果m′_ctr＝SKE.Dec(K，c)，其中SKE.Dec表示解密算法；

步骤3.6：将m′_ctr解析成seq_ctr||m_ctr，seq_ctr表示收到的第ctr个分段对应的序列号，m_ctr表示收到的第ctr个分段对应的隐蔽信息；

步骤3.7：将(seq_ctr，m_ctr)加入至列表tmp；

步骤3.8：令计数器ctr＝ctr+1；

结束循环后，执行步骤3.9：将tmp中的条目按seq的升序重新排列，得到排序后的列表tmp′＝{(seq₁m₁)，...，(seq_n，m_n)}，seq_n表示发送方对隐蔽信息分段时设置的序列号；

步骤3.10：将对seq排序后的分段m₁，...，m_n拼接，得到原始的隐蔽信息m＝m₁||m₂||…||m_n；

步骤3.11：返回成功恢复的隐蔽信息m。