CN116028990B - 一种基于区块链的防篡改隐私保护日志审计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链的防篡改隐私保护日志审计方法，操作客体将操作主体签名后的操作指令记录作为日志条目；为缓冲区内的日志条目生成默克尔树，并对默克尔树根、布隆过滤器与上一区块高度值进行签名；矿工验证日志条目与签名的有效性，验证通过后将默克尔树根、布隆过滤器及上一区块高度值三者与相应签名存入存储区块中；操作客体对上一区块高度值进行校验，校验成功后将本次区块高度值替换原先存储的上一区块高度值；操作客体通过布隆过滤器与上一区块高度值快速检索所需日志所在存储区块，并获取存储的日志条目，解密后进行审计。上述方法可以对大量设备的海量日志信息进行可信存储，避免日志记录受到增加、删除、篡改等违规操作。

Description

一种基于区块链的防篡改隐私保护日志审计方法

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，尤其涉及一种基于区块链的防篡改隐私保护日志审计方法。

背景技术

日志审计是按照一系列安全规则与策略，利用用户操作、系统运行等过程中形成的记录信息对各种事件进行审查，进而发现违规操作、攻击事件或改善系统性能的过程。日志审计独立地对用户行为与系统记录进行的审核与评估，有效震慑潜在的攻击者与违规者，及时发现违背安全规则与策略的操作，确保用户与相关程序严格遵照安全规则与策略进行活动，对已发生的违规或攻击事件进行审查评估，并提供真实可靠的操作日志记录作为后续追责的依据，协助系统管理员及时发现不当的用户与系统行为以及可能的系统安全隐患。

然而，在传统的日志审计系统中，系统管理员能够在事后对日志数据进行增加、删除、篡改，日志数据的可靠性难以得到保证。同时在面对来自大量设备的海量日志记录时，传统区块链记录方式的吞吐量过小，难以满足日志记录的需求。此外日志信息涉及用户敏感信息与系统运行特征，其数据隐私也需要得到保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于区块链的防篡改隐私保护日志审计方法，该方法可以对大量设备的海量日志信息进行可信存储，避免日志记录受到增加、删除、篡改等违规操作；同时优化存储结构，实现大批量日志记录与区块链的吞吐量匹配，此外对日志信息进行隐私保护处理，避免敏感信息泄露。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于区块链的防篡改隐私保护日志审计方法，所述方法包括：

步骤1、操作客体将操作主体签名后的操作指令记录作为日志条目，对所述日志条目加密后存入缓冲区，同时将所述日志条目计入布隆过滤器中；其中，所述操作主体指调用或操作其他对象的操作方；所述操作客体指被其他对象调用或操作的操作方；

步骤2、所述操作客体为缓冲区内的日志条目生成默克尔树，并对默克尔树根、布隆过滤器与上一区块高度值进行签名，将所述日志条目与签名交给矿工；其中，所述上一区块高度值为所述操作客体上一次存储日志条目时对应区块的高度；所述矿工指运行维护区块链的区块链节点；

步骤3、所述矿工验证所述日志条目与签名的有效性，验证通过后将默克尔树根、布隆过滤器及上一区块高度值三者与相应签名存入存储区块中，并将日志条目链下存储；

步骤4、所述操作客体对所述矿工存入存储区块的上一区块高度值进行校验，校验成功后将本次区块高度值替换原先存储的上一区块高度值，并清空布隆过滤器与缓冲区；其中，所述本次区块高度值指本周期中矿工上传区块链对应的区块高度值，通过检索区块链直接获得；

步骤5、所述操作客体通过所述布隆过滤器与上一区块高度值快速检索所需日志所在存储区块，并获取对应链下存储的日志条目，解密后进行审计。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法可以对大量设备的海量日志信息进行可信存储，避免日志记录受到增加、删除、篡改等违规操作；同时优化存储结构，实现大批量日志记录与区块链的吞吐量匹配，此外对日志信息进行隐私保护处理，避免敏感信息泄露。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的基于区块链的防篡改隐私保护日志审计方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，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，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。

如图1所示为本发明实施例提供的基于区块链的防篡改隐私保护日志审计方法流程示意图，所述方法包括：

步骤1、操作客体将操作主体签名后的操作指令记录作为日志条目，对所述日志条目加密后存入缓冲区，同时将所述日志条目计入布隆过滤器中；

在该步骤中，所述操作主体指调用或操作其他对象的操作方，如向服务器发送操作请求的客户端；所述操作客体指被其他对象调用或操作的操作方，如接受客户端请求的服务器。

其中，所述操作主体对操作指令记录进行签名是指操作主体使用哈希函数对操作指令记录计算摘要，并使用签名私钥对操作指令记录的摘要进行签名。具体实现中，在操作主体对操作指令记录进行签名过程中，所述操作主体的签名公私钥对是唯一的。

所述操作客体对日志条目加密采用对称加密，具体来说，操作客体生成对称密钥，使用对称加密算法对日志条目进行加密保护。

所述将日志条目计入布隆过滤器的过程为：使用多种哈希函数对所述日志条目生成多个哈希值，将每个哈希值在布隆过滤器中的对应比特位的值置为1，从而将日志条目计入布隆过滤器。

具体实现中，所述布隆过滤器为普通非计数布隆过滤器；日志条目的格式可以由本领域技术人员依据实际情况进行规定。

步骤2、所述操作客体为缓冲区内的日志条目生成默克尔树，并对默克尔树根、布隆过滤器与上一区块高度值进行签名，将所述日志条目与签名交给矿工；其中，所述上一区块高度值为所述操作客体上一次存储日志条目时对应区块的高度；所述矿工指运行维护区块链的区块链节点；

在该步骤中，所述操作客体为缓冲区内的日志条目生成默克尔树的过程具体为：以缓冲区内日志条目为默克尔树的叶子节点，构建以默克尔树根为根节点值的二叉树；其中，所述默克尔树根按缓冲区内日志条目排列的方式生成；所述默克尔树包括带索引结构的MerklePatriciaTree的各种默克尔树变体。

举例来说，假设缓冲区内现有4条日志条目，操作客体根据4条日志条目在缓冲区中的先后顺序，依次填入默克尔树的叶子节点中，之后依次计算每个叶子节点的哈希值，填入每个叶子节点的父节点中；之后计算第1父节点和第2父节点哈希值的和，并计算和的哈希值，将该哈希值存入第1父节点与第2父节点的父节点中；对第3父节点和第4父节点进行与前两个节点相同的操作，之后每一层重复上述操作，直至收敛到根节点处，存入树根的哈希值即为默克尔树根。

所述操作客体对默克尔树根、布隆过滤器与上一区块高度值进行签名的过程具体为：所述操作客体使用哈希函数对默克尔树根、布隆过滤器与上一区块高度值计算摘要，并使用签名私钥对摘要进行签名；其中，所述操作客体对默克尔树根、布隆过滤器与上一区块高度值进行签名的过程中，签名公私钥对是唯一的。

步骤3、所述矿工验证所述日志条目与签名的有效性，验证通过后将默克尔树根、布隆过滤器及上一区块高度值三者与相应签名存入存储区块中，并将日志条目链下存储；

在该步骤中，所述矿工验证所述日志条目与签名的有效性的过程具体为：

首先所述矿工通过查询所述操作客体的区块链账户信息，获取所述操作客体的签名公钥；

然后所述矿工根据所获取的签名公钥验证所述签名与默克尔树根、布隆过滤器及上一区块高度值的对应关系；具体来说，所述矿工使用哈希函数对所述操作客体上传的默克尔树根、布隆过滤器与上一区块高度值计算摘要，并使用所获取的签名公钥对所述签名进行解密，然后比较所述矿工计算得到的摘要与签名解密结果是否一致，若一致，则表示通过校验，矿工执行后续操作；若不一致，则中止流程；

最后所述矿工验证全部日志条目与默克尔树根及布隆过滤器的对应关系；具体来说，所述矿工依据所述默克尔树生成方式对全部日志条目构建默克尔树，计算获得默克尔树根；然后校验计算获得的默克尔树根与接收到的默克尔树根是否一致，若不一致，则中止流程，若一致，则所述矿工再依据步骤1中将日志条目计入布隆过滤器的方式，计算全部日志条目对应的布隆过滤器，校验计算获得的布隆过滤器与接收到的布隆过滤器是否一致，若一致，则通过校验，矿工执行数据上链操作，若不一致，则中止流程。

具体实现中，所述日志条目链下存储包括但不限于IPFS等存储机制。

步骤4、所述操作客体对所述矿工存入存储区块的上一区块高度值进行校验，校验成功后将本次区块高度值替换原先存储的上一区块高度值，并清空布隆过滤器与缓冲区；

其中，所述本次区块高度值指本周期中矿工上传区块链对应的区块高度值，通过检索区块链直接获得。

步骤5、所述操作客体通过所述布隆过滤器与上一区块高度值快速检索所需日志所在存储区块，并获取对应链下存储的日志条目，解密后进行审计。

在该步骤中，所述操作客体通过所述布隆过滤器与上一区块高度值快速检索所需日志所在存储区块的过程具体为：

所述操作客体验证所需日志条目是否包含在上一区块高度值对应区块中的布隆过滤器中，具体是利用步骤1将日志条目计入布隆过滤器方式中的多个哈希函数分别计算所需日志条目的哈希值，并校验每个哈希值在上一区块高度值对应区块的布隆过滤器中的对应比特位的值是否为1，若对应比特位全部为1，则判断上一区块高度值对应区块包含有所需日志条目；

所述操作客体根据当前区块中存储的上一区块高度值，从区块链中检索所述上一区块高度值对应的区块，若找到上一区块高度值对应的区块，则重复上述验证过程，若不存在对应区块，则结束检索。

另外，进行审计的过程具体为：

核验所述日志条目与检索得到的区块中签名的对应关系。

值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

综上所述，本发明实施例所提供的方法具有如下优点：

1）通过操作主体对操作进行签名，操作客体对签名操作进行记录的方式，确保日志条目真实有效；

2）通过引入区块链对日志条目进行存储，保证日志条目不可篡改、伪造；通过引入默克尔树结构与链上链下联合存储机制，对上链日志信息进行压缩，完整日志条目链下存储，由默克尔树保证日志条目完整性，默克尔树根作为日志条目的摘要链上存储，有效与区块链小吞吐量进行匹配；

3）通过引入布隆过滤器与上一区块高度值信息，跳步搜索所需日志条目所在区块，实现日志条目高效检索；

4）通过对日志条目进行加密，保证日志条目隐私，避免敏感信息泄露。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，相应的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种基于区块链的防篡改隐私保护日志审计方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、操作客体将操作主体签名后的操作指令记录作为日志条目，对所述日志条目加密后存入缓冲区，同时将所述日志条目计入布隆过滤器中；其中，所述操作主体指调用或操作其他对象的操作方；所述操作客体指被其他对象调用或操作的操作方；

步骤2、所述操作客体为缓冲区内的日志条目生成默克尔树，并对默克尔树根、布隆过滤器与上一区块高度值进行签名，将所述日志条目与签名交给矿工；其中，所述上一区块高度值为所述操作客体上一次存储日志条目时对应区块的高度；所述矿工指运行维护区块链的区块链节点；

步骤3、所述矿工验证所述日志条目与签名的有效性，验证通过后将默克尔树根、布隆过滤器及上一区块高度值三者与相应签名存入存储区块中，并将日志条目链下存储；

在步骤3中，所述矿工验证所述日志条目与签名的有效性的过程具体为：

首先所述矿工通过查询所述操作客体的区块链账户信息，获取所述操作客体的签名公钥；

然后所述矿工根据所获取的签名公钥验证所述签名与默克尔树根、布隆过滤器及上一区块高度值的对应关系；具体来说，所述矿工使用哈希函数对所述操作客体上传的默克尔树根、布隆过滤器与上一区块高度值计算摘要，并使用所获取的签名公钥对所述签名进行解密，然后比较所述矿工计算得到的摘要与签名解密结果是否一致，若一致，则表示通过校验，矿工执行后续操作；若不一致，则中止流程；

最后所述矿工验证全部日志条目与默克尔树根及布隆过滤器的对应关系；具体来说，所述矿工依据所述默克尔树生成方式对全部日志条目构建默克尔树，计算获得默克尔树根；然后校验计算获得的默克尔树根与接收到的默克尔树根是否一致，若不一致，则中止流程，若一致，则所述矿工再依据步骤1中将日志条目计入布隆过滤器的方式，计算全部日志条目对应的布隆过滤器，校验计算获得的布隆过滤器与接收到的布隆过滤器是否一致，若一致，则通过校验，矿工执行数据上链操作，若不一致，则中止流程；

步骤4、所述操作客体对所述矿工存入存储区块的上一区块高度值进行校验，校验成功后将本次区块高度值替换原先存储的上一区块高度值，并清空布隆过滤器与缓冲区；其中，所述本次区块高度值指本周期中矿工上传区块链对应的区块高度值，通过检索区块链直接获得；

步骤5、所述操作客体通过所述布隆过滤器与上一区块高度值快速检索所需日志所在存储区块，并获取对应链下存储的日志条目，解密后进行审计。

2.根据权利要求1所述基于区块链的防篡改隐私保护日志审计方法，其特征在于，在步骤1中，所述操作主体对操作指令记录进行签名是指操作主体使用哈希函数对操作指令记录计算摘要，并使用签名私钥对操作指令记录的摘要进行签名；

在操作主体对操作指令记录进行签名过程中，所述操作主体的签名公私钥对是唯一的。

3.根据权利要求1所述基于区块链的防篡改隐私保护日志审计方法，其特征在于，在步骤1中，所述将日志条目计入布隆过滤器的过程为：

使用多种哈希函数对所述日志条目生成多个哈希值，将每个哈希值在布隆过滤器中的对应比特位的值置为1，从而将日志条目计入布隆过滤器中。

4.根据权利要求1所述基于区块链的防篡改隐私保护日志审计方法，其特征在于，在步骤2中，所述操作客体为缓冲区内的日志条目生成默克尔树的过程具体为：

以缓冲区内日志条目为默克尔树的叶子节点，构建以默克尔树根为根节点值的二叉树；其中，所述默克尔树根按缓冲区内日志条目排列的方式生成。

5.根据权利要求1所述基于区块链的防篡改隐私保护日志审计方法，其特征在于，在步骤2中，所述操作客体对默克尔树根、布隆过滤器与上一区块高度值进行签名的过程具体为：所述操作客体使用哈希函数对默克尔树根、布隆过滤器与上一区块高度值计算摘要，并使用签名私钥对摘要进行签名；

其中，所述操作客体对默克尔树根、布隆过滤器与上一区块高度值进行签名的过程中，签名公私钥对是唯一的。

6.根据权利要求1所述基于区块链的防篡改隐私保护日志审计方法，其特征在于，在步骤5中，所述操作客体通过所述布隆过滤器与上一区块高度值快速检索所需日志所在存储区块的过程具体为：

所述操作客体验证所需日志条目是否包含在上一区块高度值对应区块中的布隆过滤器中，具体是利用步骤1将日志条目计入布隆过滤器方式中的多个哈希函数分别计算所需日志条目的哈希值，并校验每个哈希值在上一区块高度值对应区块的布隆过滤器中的对应比特位的值是否为1，若对应比特位全部为1，则判断上一区块高度值对应区块包含有所需日志条目；

所述操作客体根据当前区块中存储的上一区块高度值，从区块链中检索所述上一区块高度值对应的区块，若找到上一区块高度值对应的区块，则重复上述验证过程，若不存在对应区块，则结束检索。

7.根据权利要求1所述基于区块链的防篡改隐私保护日志审计方法，其特征在于，在步骤5中，进行审计的过程具体为：

核验所述日志条目与检索得到的区块中签名的对应关系。