CN114567428B - 一种支持动态标签的区块链数据隐蔽传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种支持动态标签的区块链数据隐蔽传输方法，属于区块链数据传输技术领域。本方法采用区块链网络代替传统网络，发送方和接收方通过区块链网络中的交易实现数据隐蔽传输，而无需使用自己的IP地址，避免攻击者通过IP地址追溯到双方的身份，匿名性强。同时，特殊交易的发送地址和接收地址都是随机生成的一次性地址，参与数据隐蔽传输的双方通过可变标签筛选特殊交易，敌手无法根据账号特征识别出特殊交易，隐蔽性高。

Description

一种支持动态标签的区块链数据隐蔽传输方法

技术领域

本发明涉及一种支持动态标签的区块链数据隐蔽传输方法，属于区块链数据传输技术领域。

背景技术

数据隐蔽传输，是指将要传输的数据隐藏在真实通信数据中，从而在公开网络信道中达到隐蔽传输数据的目的。有效的数据隐蔽传输机制，需要在监控方的监控下，隐藏发送方跟接收方之间的通信行为，具有很强的技术挑战。因此，研究隐蔽性强、身份匿名的数据隐蔽传输方法，对实现公开信道下的信息等敏感数据传输，具有重要意义。

区块链是一种去中心化架构的新型技术体系，为数据隐蔽传输的应用提供了有利的场景。其在众多行业具有广泛的应用价值，被认为是下一代互联网的关键技术，将在未来的信息系统架构中占据重要地位，为数据的隐蔽传输提供了良好的背景环境。比起传统信息系统，区块链系统相对开放，准入访问机制低，这有利于在区块链系统中开展数据隐蔽传输业务。

为实现数据的隐蔽传输，目前，主要包括两种方案：

方案1：基于传统网络的数据隐蔽传输方案。例如，基于包重排的数据隐蔽传输技术，发送方选取网络中某种具有特殊性质的数据包，如RTCP数据包。计算该特殊数据包间的普通数据包数量，而后通过调换普通数据包与特殊数据包的顺序以改变该数量，从而嵌入隐蔽信息。发送方将该调制过的数据包流发送给接收方，接收方对其解密以恢复原始信息。

方案2：基于固定地址筛选的区块链数据隐蔽传输方案。发送方和接收方需预先协商好某一固定地址。在隐蔽信息发送时，发送方将隐蔽信息存储在发送给固定地址的区块链交易中。接收方筛选输入地址为该地址的区块链交易，从中提取隐蔽信息。这种机制简单可行，除了发送方和接收方，没有人可以成功恢复出隐蔽信息。攻击者虽然能够监听、获取区块链交易数据，但这种特殊交易中的地址(即输入地址)以及数据与其他交易没有明显区别，在敌手无法获得该固定地址的情况下，敌手很难筛选出特殊交易。

然而，上述2种方案存在如下技术缺陷：

1.身份易暴露。第一种方案中，发送方与接收方直接使用自己的IP地址。一旦彼此间的通讯行为被第三方察觉，攻击者很容易通过IP地址推断出双方的身份，从而造成身份暴露。

2.隐蔽性低。第二种方案中，利用区块链网络的交易广播机制，发送方无需和接收方通过IP地址的形式连接，相比第一种方案虽然在一定程度上降低了身份暴露的可能。但是，由于双方事先协商了收发交易的固定地址，频繁使用这种固定地址很大程度上增加了被敌手察觉的可能性，使得信道的隐蔽性降低。

发明内容

本发明的目的是针对现有的数据隐蔽传输方法存在身份易暴露、隐蔽性低等技术问题，创造性地提出一种支持动态标签的区块链数据隐蔽传输方法。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的。

一种支持动态标签的区块链数据隐蔽传输方法，包括以下步骤：

步骤1：链外密钥协商。

和基于固定地址的区块链隐蔽传输方案不同，发送方和接收方之间无需预先协商地址，但要协商一个用于生成可变标签的密钥。同时，发送方和接收方还要协商两个用于计算标签长度的随机数，以及一个用于发送方生成、接收方筛选的可变标签的安全的伪随机函数。

步骤2：特殊交易构造。

当计算出标签长度以后，发送方构造普通的区块链交易。随后，在区块链交易的自定义存储字段中，存储由事先协商好的密钥和伪随机函数生成的可变标签，其中可变标签的长度为步骤1中发送方与接收方协商的随机数所计算出的标签长度。

在嵌入标签后，发送方即构造了一笔嵌入隐蔽信息的特殊交易。

步骤3：链内数据传输。

发送方将构造的区块链交易广播到区块链网络，携带隐蔽信息的特殊交易按照泛洪传播模式在区块链网络中传播。最终，特殊交易将传播至所有的区块链节点，包括接收方所在的节点。

在本步骤中，携带隐蔽信息的特殊交易和普通区块链交易混合在一起，按照区块链交易广播的方式传播，传播过程不需要指定接收方的地址。由此，显著提升了接收方的隐蔽性。

步骤4：隐蔽数据提取。

当接收方筛选交易时，计算每笔交易的标签长度，并对标签部分进行验证，若该交易满足事先与发送方协商好的标签特征，则该交易为特殊交易，否则为普通交易。

其中，普通交易，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、输出地址、数据存储字段和其他字段信息。

特殊交易，是指数据存储字段经过本方案处理，嵌入动态标签与隐蔽数据的普通交易。

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、构造携带隐蔽信息的特殊交易，并将特殊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挑选携带隐蔽信息的特殊交易，然后从交易中提取密文数据，并解密获得隐蔽信息。

可变标签，是指一段嵌入区块链交易自定义存储字段(如以太坊INPUT字段)的特殊比特。由发送方用与接收方事先协商好的算法生成，在发送阶段和隐蔽信息共同嵌入到区块链交易中，便于接收方从海量交易中筛选出普通交易与特殊交易。

有益效果

本发明，对比现有技术，具有以下优势：

1.匿名性强。本方法采用区块链网络代替传统网络，发送方和接收方通过区块链网络中的交易实现数据隐蔽传输，而无需使用自己的IP地址，避免攻击者通过IP地址追溯到双方的身份。

2.隐蔽性高。本方法中，特殊交易的发送地址和接收地址都是随机生成的一次性地址，参与数据隐蔽传输的双方通过可变标签筛选特殊交易。敌手无法根据账号特征识别出特殊交易。

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，一种基于区块链网络的数据隐蔽传输方法，包括如下过程：

步骤1：链外密钥交换。

发送方和接收方之间协商一个用于生成可变标签的密钥，同时，协商两个用于计算标签长度的随机数，以及一个用于发送方生成、接收方筛选的可变标签的安全的伪随机函数。

本实施例中，具体如下：

发送方和接收方之间预先协商一个密钥K和一个随机数r，其中K←{0,1}^λ，K用于生成可变标签，r为用于混淆标签长度的预协商好的随机数，λ表示安全参数，λ＝2^k，表示λ的取值为2的整数次幂，其中k表示次幂数；/>表示λ/2以内的整数。

同时，发送方和接收方协商一个伪随机函数F，F:{0,1}^λ×{0,1}^*→{0,1}^λ，用于发送方生成、接收方筛选可变标签，其中，{0,1}^*表示任意长度的比特串。

设一个长度为λ的比特串b＝b₁ b₂…b_λ，其中b_i∈{0,1},设符号b[a]＝b₁ b₂…b_a-1b_a,1≤a≤λ，代表b的最高a位子串，长度为a比特。

步骤2：特殊交易构造。

区块链使用一个输出地址a^o。利用输出地址的最高k-1位比特与预先协商的随机数r进行异或，并将结果加(λ/2+1)，得到标签长度l，具体计算公式为：

其中，a^o表示发送方发送交易时的输出地址。

在发送方计算出标签长度l后，发送方在区块链的INPUT字段中存储两段内容，包括特定交易生成的长度为l比特的标签tag和之后的分段密文信息。其中，标签tag的计算公式为：

tag＝F(K,aⁱⁿ)[l] (2)

其中，aⁱⁿ代表发送方发送交易时的输入地址，K表示发送方用来生成标签的与接收方预协商好的密钥，F()为一个安全的伪随机函数。

其中，生成特殊交易的具体方法，包括以下步骤：

步骤2.1：设k′＝k-1，k′表示中间参数。

步骤2.2：计算确保标签的长度大于λ/2，从而降低出现标签冲突(即碰撞)的概率，其中/>表示异或操作。

步骤2.3：计算tag＝F(K,aⁱⁿ)[l]；

步骤2.4：设INPUT＝tag||隐蔽信息，隐蔽信息直接与标签相连。

步骤2.5：返回T′＝(aⁱⁿ，a^o，D)，T′表示含有隐蔽消息的特殊交易，D为自定义数据段。

步骤3：链内数据传输。

发送方将构造的区块链交易广播到区块链网络，携带隐蔽信息的特殊交易按照泛洪传播模式在区块链网络中传播。最终，特殊交易将传播至所有的区块链节点，包括接收方所在的节点。

在本步骤中，携带隐蔽信息的特殊交易和普通区块链交易混合在一起，按照区块链交易广播的方式传播，传播过程不需要指定接收方的地址。由此，显著提升了接收方的隐蔽性。

步骤4：特殊交易筛选。

为筛选携带隐蔽信息的交易，接收方对新同步的区块链中的所有交易进行遍历，并计算包含INPUT字段的交易中的标签长度l，以及该交易是否满足F(K,aⁱ)[l]＝tag'，其中，tag’为区块链INPUT字段的最高l个比特。若满足，说明该交易为携带隐蔽信息的特殊交易，否则其作为一般交易。

具体地，筛选特殊交易方法如下：

步骤4.1：设k′＝k-1，k′表示中间参数。

步骤4.2：对于区块B中的每一条交易T'，分解T'为：T'＝(addrⁱ,addr^o,D)，addrⁱ代表发送方发送交易时的输入地址，addr^o表示发送方发送交易时的输出地址，D为自定义数据段。

步骤4.3：计算其中l表示标签长度，/>表示异或操作。

步骤4.4：计算tag＝F(K,addrⁱ)[l]，其中tag表示标签，K表示发送方用来生成标签的与接收方预协商好的密钥，F()为一个安全的伪随机函数。

步骤4.5：设tag’＝INPUT[l]，如果tag＝tag’,则将交易T'加入L，否则返回L。其中，L表示筛选出的特殊交易列表。

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)

1.一种支持动态标签的区块链数据隐蔽传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：链外密钥协商；

发送方和接收方之间协商一个用于生成可变标签的密钥、两个用于计算标签长度的随机数，以及一个用于发送方生成、接收方筛选的可变标签的安全的伪随机函数；

步骤2：特殊交易构造；

当计算出标签长度以后，发送方构造普通的区块链交易；随后，在区块链交易的自定义存储字段中，存储由事先协商好的密钥和伪随机函数生成的可变标签，其中可变标签的长度为步骤1中发送方与接收方协商的随机数所计算出的标签长度；在嵌入标签后，发送方即构造了一笔嵌入隐蔽信息的特殊交易；

步骤3：链内数据传输；

发送方将构造的区块链交易广播到区块链网络，携带隐蔽信息的特殊交易按照泛洪传播模式在区块链网络中传播；最终，特殊交易将传播至所有的区块链节点，包括接收方所在的节点；

其中，携带隐蔽信息的特殊交易和普通区块链交易混合在一起，按照区块链交易广播的方式传播，传播过程无需指定接收方的地址；

步骤4：隐蔽数据提取；

当接收方筛选交易时，计算每笔交易的标签长度，并对标签部分进行验证，若该交易满足事先与发送方协商好的标签特征，则该交易为特殊交易，否则为普通交易；

其中，普通交易，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、输出地址、数据存储字段和其他字段信息；

特殊交易，是指数据存储字段经过本方案处理，嵌入动态标签与隐蔽数据的普通交易；

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、构造携带隐蔽信息的特殊交易，并将特殊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挑选携带隐蔽信息的特殊交易，然后从交易中提取密文数据，并解密获得隐蔽信息；

可变标签，是指一段嵌入区块链交易自定义存储字段的特殊比特，由发送方用与接收方事先协商好的算法生成，在发送阶段和隐蔽信息共同嵌入到区块链交易中。

2.如权利要求1所述的一种支持动态标签的区块链数据隐蔽传输方法，其特征在于，步骤1中，发送方和接收方之间预先协商一个密钥K和一个随机数r，其中K←{0,1}^λ，K用于生成可变标签，r为用于混淆标签长度的预协商好的随机数，λ表示安全参数，λ＝2^k，表示λ的取值为2的整数次幂，其中k表示次幂数；/>表示λ/2以内的整数；

同时，发送方和接收方协商一个伪随机函数F，F:{0,1}^λ×{0,1}^*→{0,1}^λ，用于发送方生成、接收方筛选可变标签，其中，{0,1}^*表示任意长度的比特串；

设一个长度为λ的比特串b＝b₁ b₂…b_λ，其中设符号b[a]＝b₁ b₂…b_a-1b_a,1≤a≤λ，代表b的最高a位子串，长度为a比特；

步骤2中，区块链使用一个输出地址a^o；利用输出地址的最高k-1位比特与预先协商的随机数r进行异或，并将结果加(λ/2+1)，得到标签长度l，具体计算公式为：

其中，a^o表示发送方发送交易时的输出地址；

在发送方计算出标签长度l后，发送方在区块链的INPUT字段中存储两段内容，包括特定交易生成的长度为l比特的标签tag和之后的分段密文信息；其中，标签tag的计算公式为：

tag＝F(K,aⁱⁿ)[l] (2)

其中，aⁱⁿ代表发送方发送交易时的输入地址，K表示发送方用来生成标签的与接收方预协商好的密钥，F()为一个安全的伪随机函数。

3.如权利要求2所述的一种支持动态标签的区块链数据隐蔽传输方法，其特征在于，步骤2中，生成特殊交易，包括以下步骤：

步骤2.1：设k′＝k-1，k′表示中间参数；

步骤2.2：计算确保标签的长度大于λ/2，其中/>表示异或操作；

步骤2.3：计算tag＝F(K,aⁱⁿ)[l]；

步骤2.4：设INPUT＝tag||隐蔽信息，隐蔽信息直接与标签相连；

步骤2.5：返回T′＝(aⁱⁿ，a^o，D)，T′表示含有隐蔽消息的特殊交易，D为自定义数据段。

4.如权利要求3所述的一种支持动态标签的区块链数据隐蔽传输方法，其特征在于，步骤4中，为筛选携带隐蔽信息的交易，接收方对新同步的区块链中的所有交易进行遍历，并计算包含INPUT字段的交易中的标签长度l，以及该交易是否满足F(K,aⁱ)[l]＝tag'，其中，tag’为区块链INPUT字段的最高l个比特；若满足，说明该交易为携带隐蔽信息的特殊交易，否则其作为普通交易。

5.如权利要求4所述的一种支持动态标签的区块链数据隐蔽传输方法，其特征在于，步骤4中，筛选特殊交易方法如下：

步骤4.1：设k′＝k-1，k′表示中间参数；

步骤4.2：对于区块B中的每一条含有隐蔽消息的特殊交易T′，分解T'为：T'＝(addrⁱ,addr^o,D)，addrⁱ代表发送方发送交易时的输入地址，addr^o表示发送方发送交易时的输出地址，D为自定义数据段；

步骤4.3：计算其中l表示标签长度，/>表示异或操作；

步骤4.4：计算tag＝F(K,addrⁱ)[l]，其中tag表示标签，K表示发送方用来生成标签的与接收方预协商好的密钥，F()为一个安全的伪随机函数；

步骤4.5：设tag’＝INPUT[l]，如果tag＝tag’,则将T′加入L，否则返回L；其中，L表示筛选出的特殊交易列表。