CN116436708A - 一种基于区块链技术的可信数据分享方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数据安全技术领域，具体地说，涉及一种基于区块链技术的可信数据分享方法和系统。包括数据拥有者将需要分享的数据上传至数据分发节点；采用AES加密算法数据分发节点的数据进行标识和加密，并为每个数据生成唯一的标识符；搭建基于区块链技术的网络，使用分布式账本将加密后的数据存储在区块链上。本发明基于区块链技术，通过数据标识、加密、智能合约、分布式共识和数据验证等多种机制，确保数据分享的高度可信，其中通过将数据分享的交易记录写入区块链，并对数据分享交易记录进行追踪，实现了数据分享的可追溯性和可审计性，确保数据的真实性和完整性，同时使得数据在分享过程中不易受到恶意篡改和非授权访问。
Description
技术领域
本发明涉及数据安全技术领域，具体地说，涉及一种基于区块链技术的可信数据分享方法和系统。
背景技术
随着信息时代的到来，数据的收集和分享变得越来越普遍，数据筒通常存储在中心的数据库，管理者根据需求，通过数据加密、访问控制、数据过滤等手段来实现灵活、安全、可信的数据分享，既保障数据的安全和信息的质量，又可实现不同权限的节点仅能获得符合权限的部分数据，虽然传统方法安全高效灵活的同时也面临中心失效不可用和中心失信等问题；
同时，数据的收集管理涉及多个个体，机构之间互相缺乏信任，部分场景下很难有被全部个体信任的中心，中心化的数据存储和传输系统容易受到黑客攻击和数据篡改的威胁，从而导致数据的泄露和不可靠的结果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于区块链技术的可信数据分享方法和系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供基于区块链技术的可信数据分享方法，包括以下步骤：
S1、数据拥有者将需要分享的数据上传至数据分发节点；
S2、采用AES加密算法数据分发节点的数据进行标识和加密，并为每个数据生成唯一的标识符；
S3、搭建基于区块链技术的网络，使用分布式账本将加密后的数据存储在区块链上；
S4、数据拥有者将数据的共享链接发送给需要获取数据的用户，利用智能合约技术定义数据分享的权限和条件，并将数据分享的交易记录写入区块链的区块，对数据的使用、修改和删除进行跟踪和记录；
S5、用户通过共享链接获取数据，利用公证机制对数据进行验证。
优选的，所述S1中数据拥有者通过API接口将数据上传到数据发布节点。
优选的，所述S2中采用的AES加密算法包括以下步骤：
确定加密和解密的秘钥，选择秘钥的长度为128位；
将待分享的数据划分为多个数据块，每个数据块的大小为128bits；
对选择的密钥进行密钥扩展，以生成每个轮次所需的子密钥；
使用轮函数，在每个数据块上执行多轮操作；
执行完所有轮函数之后，得到加密后的数据，将加密后的数据进行拼接，形成完整的加密数据块；
将加密后的数据存储在服务器上，供被授权的用户访问。
优选的，所述S3中的分布式账本包括以下步骤：
将加密后的数据和相应的信息打包为一个交易；
将交易广播到网络中，等待矿工和其他节点进行验证和确认；
矿工和其他节点收到交易后，根据验证规则对交易进行验证和确认；
通过共识算法来确定要使用的区块，经过验证后，将交易被打包进区块中；
打包好的交易生成区块后，区块通过链接工作模式链接起来，形成区块链。
优选的，所述共识算法的表达式为：
其中，c表示哈希值，d是难度值，t是待打包的交易等原始数据再加上一个随机数进行计算得出。
优选的，所述S4中的智能合约技术包括以下步骤：
定义分享者和受益者；
确定分享的数据类型，确定数据的格式、内容、以及数据的使用条件；
确定分享者与受益者的身份和相应的访问权限；
制定数据分享协议，定义数据分享的条件和权利。
优选的，所述智能合约技术还包括：
自定义编写代码来管理数据分享交易，并将数据分享的交易记录写入区块链的区块中；
在确认交易信息准确无误后，将交易数据记录到区块链中并广播给整个节点，在其他节点验证后，交易数据被放置到区块中，区块链网络实现数据的共享和交易过程的追踪。
优选的，所述S5中的公证机制包括以下步骤：
对数据发布者的有效身份证明和授权文件进行验证，确认数据来源的真实性，并且生成一个唯一的数字证书；
公证机构将数字证书发布到指定的用户，通知用户需要对数据进行验证；
用户收到通知后，通过访问公证机构的系统，获取数据的数字证书；
验证数字证书的真实性，证书为真实有效，则认为数据是真实且没有篡改的；
公证机制采用多重签名技术，在多个信任方的证明下，让公证记录不可篡改。
本发明的目的之二在于，提供了基于区块链技术的可信数据分享系统，包括上述中任意一项所述的基于区块链技术的可信数据分享方法，包括数据上传模块、数据加密模块、数据存储模块、数据定义模块和数据验证模块；
所述数据上传模块用于上传需要分享的数据至数据分发节点；
所述数据加密模块用于加密数据分发节点内的数据，并为每个数据生成唯一的标识符；
所述数据存储模块用于利用分布式账本将加密后的数据存储在区块链上；
所述数据定义模块用于定义数据分享的权限和条件，并记录数据分享的交易记录，对数据的使用、修改和删除进行跟踪和记录；
所述数据验证模块用于验证数据的真实性。
与现有技术相比，本发明的有益效果：基于区块链技术，通过数据标识、加密、智能合约、分布式共识和数据验证等多种机制，确保数据分享的高度可信，其中通过将数据分享的交易记录写入区块链，并对数据分享交易记录进行追踪，实现了数据分享的可追溯性和可审计性，确保数据的真实性和完整性，同时使得数据在分享过程中不易受到恶意篡改和非授权访问。
附图说明
图1为实施例的整体流程框图；
图2为实施例的AES加密算法流程图；
图3为实施例的分布式账本原理流程图。
具体实施方式
下面将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。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-图3所示，本发明的目的之一在于，提供了基于区块链技术的可信数据分享方法，包括以下步骤：
S1、数据拥有者将需要分享的数据上传至数据分发节点；
S1中数据拥有者通过API接口将数据上传到数据发布节点。
S2、采用AES加密算法数据分发节点的数据进行标识和加密，并为每个数据生成唯一的标识符；
S2中采用的AES加密算法包括以下步骤：
确定加密和解密的秘钥，选择秘钥的长度为128位；
将待分享的数据划分为多个数据块，每个数据块的大小为128bits；
对选择的密钥进行密钥扩展，以生成每个轮次所需的子密钥；
使用轮函数，在每个数据块上执行多轮操作；
其中，轮函数包括以下步骤：
将每个字节通过密钥调度表与每个对应的子密钥进行替换，增加加密的复杂性；
例如：对于一个输入的8bits数据b，经过替换后的输出为sbox[b]，使用一个固定的S盒表，用于对每个输入字节进行替换。
将每行字节按照一定规则进行循环移位操作，该操作的目的是在加密过程中，增加数据的扰动性；
例如：对于一个以字节为单位的4x4矩阵state，进行移位操作后，第i行中的第j个字节将被移到第i行中的第j+i个位置。
对输入矩阵中的每列进行混合操作，增加加密的随机性；
例如：其中state的每列代表一个4个字节的数组，矩阵A是一个固定的混淆矩阵，a(x)是一个封装输入参数x的函数，与x的位数有关，通常用GF(2^8)域上的多项式来表示，GF(2^8)域是一个与布尔代数相关的域。
对输入进行轮密钥加法，增加加密的难度。
例如：state为输入矩阵，rKeys[i]为轮密钥，轮密钥由密钥扩展算法生成，用于对各轮输入进行异或。
执行完所有轮函数之后，得到加密后的数据，将加密后的数据进行拼接，形成完整的加密数据块；
将加密后的数据存储在服务器上，供被授权的用户访问。
S3、搭建基于区块链技术的网络，使用分布式账本将加密后的数据存储在区块链上；
搭建区块链时需要选择一款适合自己应用场景的公有或私有区块链平台，例如Ethereum、HyperledgerFabric、Corda等；并进行相应的技术调研，根据需求和业务逻辑设计智能合约，即通过编程语言（如Solidity）实现区块链上的应用程序；设置和部署各种节点并加入区块链网络，例如客户端节点、区块链节点、挖矿节点等，节点数量可以根据网络的性质和负载进行人为设置；根据业务需求，构建基于智能合约的业务流程，包括数据处理、数据存储、业务逻辑控制等；开始对搭建的系统进行各种安全测试，确认系统的鲁棒性和安全性，例如模拟攻击测试、功能性测试；完成测试后，上线运行区块链平台，并不断维护平台的安全和稳定性，以确保平台正常运行。
S3中的分布式账本包括以下步骤：
将加密后的数据和相应的信息打包为一个交易，交易通常包括发送者、接收者、金额、时间戳、加密数据等信息。
将交易广播到网络中，等待矿工和其他节点进行验证和确认；
矿工和其他节点收到交易后，根据验证规则对交易进行验证和确认，验证规则通常包括交易金额、加密算法等。
通过共识算法来确定要使用的区块，经过验证后，将交易被打包进区块中；
打包好的交易生成区块后，区块通过链接工作模式链接起来，形成区块链，每个新块都会连在之前的最新块之后，由所有节点共同维护，因此，每个区块都包含一个完整的记录，可以追踪和验证交易的完整路径。
共识算法的表达式为：
其中，c表示哈希值，d是难度值，t是待打包的交易等原始数据再加上一个随机数进行计算得出。
首先，节点需要通过组织多个待打包的交易记录到一个区块中，然后计算该区块的哈希值，如果需要的话，除此外还可能包括一些附加信息（如nonce随机数），接下来将该区块的哈希值与一个预设的难度值进行比较，如果该哈希值小于难度值，则该区块被认为是有效的，如果不是，就返回更改nonce随机数继续计算，步如下：
每个节点计算出的哈希值，这个哈希值满足指定的条件（即难度值），非常困难；
其他节点验证该哈希值，如果正确，它就加入块堆栈，如果不合适，则尝试其他算法，直到找到一个可以接受的哈希值；
所有节点使用相同的算法进行验证，这保证了记账者被广泛接受和认可。
S4、数据拥有者将数据的共享链接发送给需要获取数据的用户，利用智能合约技术定义数据分享的权限和条件，并将数据分享的交易记录写入区块链的区块，对数据的使用、修改和删除进行跟踪和记录；
S4中的智能合约技术包括以下步骤：
定义分享者和受益者；
智能合约需要确定数据共享的参与方，即数据分享者和受益者，分享者拥有数据并有权分享，而受益者则需要接受分享并使用数据。
确定分享的数据类型，确定数据的格式、内容、以及数据的使用条件；
例如：可以通过定义数据载体、格式、内容、权利期限等方式确定数据类型。
确定分享者与受益者的身份和相应的访问权限；
即确定分享者与受益者的身份和相应的访问权限，只有通过身份验证的参与方才能访问数据。
制定数据分享协议，定义数据分享的条件和权利。
综上所示为，定义了数据分享方为银行，接收方为合作方A，访问权限为只读权限，有效期为一个月。
智能合约技术还包括：
自定义编写代码来管理数据分享交易，并将数据分享的交易记录写入区块链的区块中；
在确认交易信息准确无误后，将交易数据记录到区块链中并广播给整个节点，在其他节点验证后，交易数据被放置到区块中，区块链网络实现数据的共享和交易过程的追踪，消除了中心化系统中的单点故障和数据篡改的风险。
S5、用户通过共享链接获取数据，利用公证机制对数据进行验证。
S5中的公证机制包括以下步骤：
对数据发布者的有效身份证明和授权文件进行验证，确认数据来源的真实性，并且生成一个唯一的数字证书；
公证机构将数字证书发布到指定的用户，通知用户需要对数据进行验证；
用户收到通知后，通过访问公证机构的系统，获取数据的数字证书；
验证数字证书的真实性，证书为真实有效，则认为数据是真实且没有篡改的；
公证机制采用多重签名技术，在多个信任方的证明下，让公证记录不可篡改；
本发明的目的之二在于，提供了基于区块链技术的可信数据分享系统，包括上述中任意一项的基于区块链技术的可信数据分享方法，包括数据上传模块、数据加密模块、数据存储模块、数据定义模块和数据验证模块；
数据上传模块用于上传需要分享的数据至数据分发节点；
数据加密模块用于加密数据分发节点内的数据，并为每个数据生成唯一的标识符；
数据存储模块用于利用分布式账本将加密后的数据存储在区块链上；
数据定义模块用于定义数据分享的权限和条件，并记录数据分享的交易记录，对数据的使用、修改和删除进行跟踪和记录；
数据验证模块用于验证数据的真实性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种基于区块链技术的可信数据分享方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、数据拥有者将需要分享的数据上传至数据分发节点；
S2、采用AES加密算法数据分发节点的数据进行标识和加密，并为每个数据生成唯一的标识符；
S3、搭建基于区块链技术的网络，使用分布式账本将加密后的数据存储在区块链上；
S4、数据拥有者将数据的共享链接发送给需要获取数据的用户，利用智能合约技术定义数据分享的权限和条件，并将数据分享的交易记录写入区块链的区块，对数据的使用、修改和删除进行跟踪和记录；
S5、用户通过共享链接获取数据，利用公证机制对数据进行验证。
2.根据权利要求1所述的基于区块链技术的可信数据分享方法，其特征在于：所述S1中数据拥有者通过API接口将数据上传到数据发布节点。
3.根据权利要求2所述的基于区块链技术的可信数据分享方法，其特征在于：所述S2中采用的AES加密算法包括以下步骤：
确定加密和解密的秘钥，选择秘钥的长度为128位；
将待分享的数据划分为多个数据块，每个数据块的大小为128bits；
对选择的密钥进行密钥扩展，以生成每个轮次所需的子密钥；
使用轮函数，在每个数据块上执行多轮操作；
执行完所有轮函数之后，得到加密后的数据，将加密后的数据进行拼接，形成完整的加密数据块；
将加密后的数据存储在服务器上，供被授权的用户访问。
4.根据权利要求1所述的基于区块链技术的可信数据分享方法，其特征在于：所述S3中的分布式账本包括以下步骤：
将加密后的数据和相应的信息打包为一个交易；
将交易广播到网络中，等待矿工和其他节点进行验证和确认；
矿工和其他节点收到交易后，根据验证规则对交易进行验证和确认；
通过共识算法来确定要使用的区块，经过验证后，将交易被打包进区块中；
打包好的交易生成区块后，区块通过链接工作模式链接起来，形成区块链。
5.根据权利要求4所述的基于区块链技术的可信数据分享方法，其特征在于：所述共识算法的表达式为：
其中，c表示哈希值，d是难度值，t是待打包的交易等原始数据再加上一个随机数进行计算得出。
6.根据权利要求1所述的基于区块链技术的可信数据分享方法，其特征在于：所述S4中的智能合约技术包括以下步骤：
定义分享者和受益者；
确定分享的数据类型，确定数据的格式、内容、以及数据的使用条件；
确定分享者与受益者的身份和相应的访问权限；
制定数据分享协议，定义数据分享的条件和权利。
7.根据权利要求6所述的基于区块链技术的可信数据分享方法，其特征在于：所述智能合约技术还包括：
自定义编写代码来管理数据分享交易，并将数据分享的交易记录写入区块链的区块中；
在确认交易信息准确无误后，将交易数据记录到区块链中并广播给整个节点，在其他节点验证后，交易数据被放置到区块中，区块链网络实现数据的共享和交易过程的追踪。
8.根据权利要求1所述的基于区块链技术的可信数据分享方法，其特征在于：所述S5中的公证机制包括以下步骤：
对数据发布者的有效身份证明和授权文件进行验证，确认数据来源的真实性，并且生成一个唯一的数字证书；
公证机构将数字证书发布到指定的用户，通知用户需要对数据进行验证；
用户收到通知后，通过访问公证机构的系统，获取数据的数字证书；
验证数字证书的真实性，证书为真实有效，则认为数据是真实且没有篡改的；
公证机制采用多重签名技术，在多个信任方的证明下，让公证记录不可篡改。
9.用于实现基于区块链技术的可信数据分享系统，包括权利要求1-8中任意一项所述的基于区块链技术的可信数据分享方法，其特征在于：包括数据上传模块、数据加密模块、数据存储模块、数据定义模块和数据验证模块；
所述数据上传模块用于上传需要分享的数据至数据分发节点；
所述数据加密模块用于加密数据分发节点内的数据，并为每个数据生成唯一的标识符；
所述数据存储模块用于利用分布式账本将加密后的数据存储在区块链上；
所述数据定义模块用于定义数据分享的权限和条件，并记录数据分享的交易记录，对数据的使用、修改和删除进行跟踪和记录；
所述数据验证模块用于验证数据的真实性。
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