CN117077195A - 一种Web3.0基于分布式存储网络的数据隐私保护方法、系统和设备 - Google Patents

一种Web3.0基于分布式存储网络的数据隐私保护方法、系统和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及web3.0领域，具体涉及一种Web3.0基于分布式存储网络的数据隐私保护方法、系统和设备，该方法包括：用户将待存储的数据进行加密处理，并上传到分布式存储网络中，将加密数据和元数据分片并分散存储在多个节点上；使用区块链智能合约定义一个激励机制鼓励节点存储数据，使用质询机制定期检查节点存储的数据；用户在需要访问或共享数据时，通过分布式存储网络下载相应的加密数据和元数据，并进行解密处理，恢复原始数据；用户通过智能合约设定数据的访问或共享权限，控制其他用户对数据的访问或共享。本发明使用激励机制和质询机制保障了分布式网络存储节点对用户上传数据的安全性，同时加密机制提升了数据的真实、完整性。

Description

一种Web3.0基于分布式存储网络的数据隐私保护方法、系统 和设备
技术领域
本发明属于Web3.0领域，具体涉及一种Web3.0基于分布式存储网络的数据隐私保护方法、系统及设备。
背景技术
随着互联网技术的发展，数据已经成为了一种重要的资源和资产，具有巨大的价值和潜力。然而，在web2.0时代，用户产生的大量数据被平台所占有、控制和利用，用户对自己的数据缺乏有效的所有权、管理权和收益权，同时也面临着数据泄露、篡改、滥用等隐私风险。为了解决这些问题，web3.0时代提出了一种新的互联网范式，即协议互联网，其核心是用户创造、用户所有、用户控制、协议分配利益。在web3.0时代，区块链技术作为一种重要的协议技术，为实现用户数字资产权益的确认和保护提供了可能。
区块链技术是一种基于密码学原理的分布式账本技术，其具有去中心化、不可篡改、可追溯、共识机制等特点。区块链技术可以实现点对点的价值传输，无需依赖第三方中介机构。区块链技术还可以通过智能合约实现协议的自动化执行，智能合约是一种基于区块链的可编程合约，其具有透明、可信、高效等优势。区块链技术在金融、供应链、医疗、社交等领域都有广泛的应用。
然而，在使用区块链技术存储和传输数据时，也存在一些挑战和问题。一方面，区块链技术的去中心化特性导致其存储容量和吞吐量有限，无法满足大规模数据的存储和传输需求。另一方面，区块链技术的不可篡改特性导致其存储的数据无法被删除或修改，可能会造成数据冗余、过期或不合法等问题。此外，区块链技术的可追溯特性导致其存储的数据对所有节点可见，可能会暴露用户的隐私信息，如身份、行为、偏好等。
为了解决这些问题，一些分布式存储网络技术被提出，如IPFS、Filecoin、Arweave等。分布式存储网络技术是一种基于点对点网络的分布式文件系统技术，其具有去中心化、高效、可扩展、低成本等特点。分布式存储网络技术可以将数据分片并分散存储在多个节点上，通过哈希值或其他标识符来定位和访问数据，从而实现大规模数据的存储和传输。分布式存储网络技术还可以通过激励机制或其他方式来保证数据的可用性和持久性，从而实现数据的安全存储。
然而，在使用分布式存储网络技术存储和传输数据时，也存在一些挑战和问题。一方面，分布式存储网络技术的去中心化特性导致其缺乏有效的监管和管理机制，可能会出现数据的非法、侵权或违规等问题。另一方面，分布式存储网络技术的高效特性导致其缺乏有效的隐私保护机制，可能会出现数据的泄露、窃取或滥用等问题。此外，现有的去中心化存储网络没有要求节点强制保存数据，节点可能因为故障、退出、恶意删除等原因造成数据丢失，造成用户的数据安全得不到保障。因此，在web3.0时代，如何利用区块链技术和分布式存储网络技术实现数据的安全存储和隐私保护，同时实现数据的灵活控制和价值分配，是一个亟待解决的问题
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种Web3.0基于分布式存储网络的数据隐私保护方法、系统及设备。
第一方面，本发明提供一种Web3.0基于分布式存储网络的数据隐私保护方法，包括：
S1：用户将需要进行隐私保护的元数据上传至分布式存储网络服务平台中，服务平台使用SM4加密算法和系统默认的第一密钥加密得到第一密文；
S2：服务平台将第一密文上传至IPFS系统进行分布式存储，IPFS系统存储成功后将密文存储的位置的哈希值返回给服务平台；
S3：服务平台将所得到存储位置的哈希值结合系统默认的第一密钥使用SM4算法加密得到第二密文，随后将第一密文、第二密文使用第二密钥结合SM4算法加密得到第三密文；
S4：将第三密文和第二密钥上传至区块链网络，记录到智能合约中；
S5：服务平台在存储成功后返回给用户一个存储证明PoS，用户需要支付一定的存储费用，区块链网络根据智能合约定义的激励机制将奖励分发给存储节点，鼓励存储节点多存储用户上传的数据以及长期持有用户的数据；
S6：服务平台在将用户上传的元数据储存成功后，区块链网络根据智能合约定义的质询机制定期随机检查存储节点存储的数据，以保障用户数据安全；
S7：用户在需要访问或共享数据时，通过服务平台下载相应的元数据，并且对下载的元数据进行完整性与正确性校验；同时，用户通过区块链上部署的智能合约设定数据的访问或共享权限，控制其他用户对数据的访问或共享。
第二方面，本发明提供一种Web3.0基于分布式存储网络的数据隐私保护系统，包括：加密模块、上传模块、下载模块、智能合约模块；
所述加密模块用于接收到用户所需要存储的元数据，并使用加密算法对元数据进行加密处理；
所述上传模块用于将加密数据上传到IPFS分布式存储网络中，并返回给服务平台密文在IPFS位置的哈希值；
所述下载模块用于在需要访问或共享数据时，通过分布式存储网络下载相应的加密数据和元数据，并进行解密处理，恢复原始数据；
所述智能合约模块用于通过智能合约设定数据的访问或共享权限，提供相关记录智能合约、查询智能合约与激励智能合约。
第三方面，本发明提供一种Web3.0基于分布式存储网络的数据隐私保护设备，包括：处理器、存储器以及通信接口；
所述存储器用于存储程序以及相关数据；
所述处理器用于执行所述程序实现所述的隐私保护方法；
所述通信接口用于执行上传以及下载等通信功能。
本发明的有益效果：
本发明使用激励机制和质询机制保障了分布式网络存储节点对用户上传数据的安全性，同时加密机制提升了数据的真实、完整性，解决了Web3.0领域中数据存储安全和容量的问题，可以广泛用于Web3.0领域。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种Web3.0分布式存储网络数据隐私保护方法流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种Web3.0分布式存储网络数据隐私保护系统示意图；
图3是本发明实施例提供的用户数据设备示意图。
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。
实施例一：如图1所示，本实施例提供一种Web3.0基于分布式存储网络的数据隐私保护方法：
(1)用户将需要上传的元数据上传至分布式存储网络服务平台中，服务平台使用SM4加密算法和系统默认密钥SK1加密得到第一密文Ctk1。
具体的，用户将所需要存储的元数据f上传至分布式网络存储服务平台S中，S将数据f随机提取出相关字符生成随机字符集RW，将元数据f与随机字符集RW经过哈希运算得到第一哈希值h1＝H(fRW)，然后获取系统的默认密钥SK1，将h1、上传数据的时间戳t和元数据f使用SM4加密算法进行加密得到第一密文Ctk1。
(2)服务平台将Ctk1上传至IPFS系统进行分布式存储，IPFS系统存储成功后将密文存储的位置的哈希值返回给服务平台。
具体的，服务平台将进行加密处理得到的第一密文Ctk1上传至IPFS分布式存储网络进行多节点分散存储，并将上传的时间戳T记入区块链中，IPFS将Ctk1在分布式存储网络中的位置的哈希值H1返回给服务平台。
(3)服务平台将所得到存储位置的哈希值与使用SM4算法加密得到第二密文Ctk2，随后将Ctk1、Ctk2与第二密钥SK2使用SM4算法加密后得到第三密文Ctk3。
具体的，服务平台对得到的哈希值H1使用SM4加密算法，利用相同的默认密钥SK1进行加密处理的到第二密文Ctk2，随后通过密钥协商机制获得第二密钥SK2，之后将Ctk1、Ctk2与第二密钥SK2使用SM4算法加密后得到第三密文Ctk3。
(4)将Ctk3和SK2上传至区块链网络，记录到智能合约中。
具体的，服务平台将加密获取到的Ctk3以及第二密钥SK2记录到存储智能合约中，服务平台同时将随机字符集RW以及由服务平台第一密钥SK1产生的随机字符索引记录至搜索智能合约中。
(5)服务平台在存储成功后返回给用户一个存储证明PoS，用户需要支付一定的存储费用，区块链网络根据智能合约定义的激励机制将奖励分发给存储节点。
所述智能合约定义的激励机制，包括：
存储节点在加入分布式存储网络时需要缴纳一定的保证金从而获得存储资格和初始信誉分，当用户上传加密数据后，区块链网络会根据数据的大小设置存储奖励金，各存储节点可以申请存储该数据，区块链网络将会根据响应时间、信誉分大小进行排序，得分高者获得存储资格；加密数据存储成功后，区块链网络将奖励金支付给存储节点，同时会根据节点参与度、用户满意度、存储用时三个指标增加该节点的信誉分，在后续的存储任务中，信誉分较高的节点可以减少保证金金额并且拥有优先存储权。
进一步的，本发明还可以增加一个用户对文件数据验证完整性的过程，具体包括：
用户构建检验数据完整性请求，通过所述私钥签名请求，并将请求发送至区块链网络，通过区块链网络广播至所有节点，所有节点对请求进行验证并达成共识。
具体的，用户构建检验数据完整性请求，通过私钥签名请求，并将验证请求发送至区块链网络，区块链所有节点验证请求并签名，广播至区块链网络中所有节点并达成共识。
用户获取所请求验证数据的随机字符集RW，并将所得到的随机字符集RW与所下载得到的元数据m，在本地通过哈希运算得到第二哈希值，与第一哈希值比较校验数据的正确性与完整性。
具体的，用户获取所请求验证数据的随机字符集RW，将RW与所下载的数据m进行哈希运算得到第二哈希值h2＝H(mRW)，通过与第一哈希值h1进行对比，相同则说明数据没有被篡改，具有准确性和完整性。
用户可以通过区块链网络上部署的智能合约设定数据的访问或共享权限，控制其他用户对数据的访问或共享。智能合约可以根据用户设定的条件、时间、次数、费用等参数来判断其他用户是否有权访问或共享数据。
用户上传成功后，区块链网络会定期随机检查存储节点是否还持有相关数据片段，要求存储节点发送持有证明PDP，保障用户数据安全。
具体的，区块链网络会根据策略定期随机向存储节点发送数据检查要求，查看存储节点是否还持有该数据片段，存储节点在收到数据检查要求后在规定时间内向区块链网络发送数据持有证明PDP，证明持有该数据。如果节点未发送数据持有证明，则扣除该节点的存储保证金补偿给用户同时减少该存储节点的信誉分。
实施例二：如图2所示，本实施例提供一种Web3.0基于分布式存储网络的数据隐私保护系统，包括一下模块：
(1)加密模块，用于接收到用户所需要存储的元数据，并使用SM4加密算法与系统默认的SK1根据所述文件加密得到第一密文Ctk1，之后获得上传模块所提供的密文存储位置的哈希值与使用SM4算法加密得到第二密文Ctk2，随后将Ctk1、Ctk2与第二密钥SK2使用SM4算法加密后得到第三密文Ctk3；
(2)上传模块，用于将第一密文Ctk1上传至IPFS分布式存储网络中进行存储，并记录第一密文在IPFS分布式存储网络中的位置的第一哈希值；
(3)下载模块，用于在需要访问或共享数据时，通过分布式存储网络下载相应的加密数据和元数据，并进行解密处理，恢复原始数据；
(4)智能合约模块，用于通过智能合约设定数据的访问或共享权限，提供相关记录智能合约、查询智能合约与激励智能合约。
实施例三：如图3所示，本实施例提供一种Web3.0基于分布式存储网络的数据隐私保护设备，包括：处理器、存储器以及通信接口；
所述存储器用于存储程序以及相关数据；
所述处理器用于执行所述程序实现所述的隐私保护方法；
所述通信接口用于执行上传以及下载等通信功能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种Web3.0基于分布式存储网络的数据隐私保护方法，其特征在于，包括：
S1：用户将需要进行隐私保护的元数据上传至分布式存储网络服务平台中，服务平台使用SM4加密算法和系统默认的第一密钥加密得到第一密文；
S2：服务平台将第一密文上传至IPFS系统进行分布式存储，IPFS系统存储成功后将密文存储的位置的哈希值返回给服务平台；
S3：服务平台将所得到存储位置的哈希值结合系统默认的第一密钥使用SM4算法加密得到第二密文，随后将第一密文、第二密文使用第二密钥结合SM4算法加密得到第三密文；
S4：将第三密文和第二密钥上传至区块链网络，记录到智能合约中；
S5：服务平台在存储成功后返回给用户一个存储证明PoS，用户需要支付一定的存储费用，区块链网络根据智能合约定义的激励机制将奖励分发给存储节点，鼓励存储节点多存储用户上传的数据以及长期持有用户的数据；
S6：服务平台在将用户上传的元数据储存成功后，区块链网络根据智能合约定义的质询机制定期随机检查存储节点存储的数据，以保障用户数据安全；
S7：用户在需要访问或共享数据时，通过服务平台下载相应的元数据，并且对下载的元数据进行完整性与正确性校验；同时，用户通过区块链上部署的智能合约设定数据的访问或共享权限，控制其他用户对数据的访问或共享。
2.根据权利要求1所述的一种Web3.0基于分布式存储网络的数据隐私保护方法，其特征在于，使用SM4加密算法和系统默认的第一密钥加密得到第一密文，包括：
用户将所需要存储的元数据上传至分布式网络存储服务平台中，服务平台从上传的元数据中随机提取随机字符集，将所得到的随机字符集和元数据经过哈希运算后得到第一哈希值h1＝H(fRW)，根据系统默认的第一密钥利用SM4加密算法将第一哈希值、元数据以及上传数据的时间戳进行加密得到第一密文；其中，H()表示哈希运算，f表示元数据，RW表示随机字符集。
3.根据权利要求1所述的一种Web3.0基于分布式存储网络的数据隐私保护方法，其特征在于，将第三密文和第二密钥上传至区块链网络，记录到智能合约中，包括：
服务平台将加密获取到的第三密文以及第二密钥记录到存储智能合约中，同时，将从上传的元数据中随机提取的随机字符集以及由第一密匙产生的随机字符索引记录至搜索智能合约中。
4.根据权利要求1所述的一种Web3.0基于分布式存储网络的数据隐私保护方法，其特征在于，所述智能合约定义的激励机制，包括：
存储节点在加入分布式存储网络时需要缴纳一定的保证金从而获得存储资格和初始信誉分，当用户上传加密数据后，区块链网络会根据数据的大小设置存储奖励金，各存储节点可以申请存储该数据，区块链网络将会根据响应时间、信誉分大小进行排序，得分高者获得存储资格；加密数据存储成功后，区块链网络将奖励金支付给存储节点，同时会根据节点参与度、用户满意度、存储用时三个指标增加该节点的信誉分，在后续的存储任务中，信誉分较高的节点可以减少保证金金额并且拥有优先存储权。
5.根据权利要求1所述的一种Web3.0基于分布式存储网络的数据隐私保护方法，其特征在于，所述智能合约定义的质询机制，包括：
区块链网络会根据定义的智能合约随机向存储节点发送数据检查要求，查看存储节点是否还持有该数据片段，存储节点在收到数据检查要求后在规定时间内向区块链网络发送数据持有证明PDP，证明持有该数据；如果节点未发送数据持有证明，则扣除该节点的存储保证金补偿给用户同时减少该存储节点的信誉分。
6.根据权利要求1所述的一种Web3.0基于分布式存储网络的数据隐私保护方法，其特征在于，用户对所下载得到的元数据进行校验正确性和完整性：
用户构建检验数据完整性请求，通过私钥签名请求，并将请求发送至区块链网络，通过区块链网络广播至所有节点，所有节点对请求进行验证并达成共识，对用户下发验证数据的随机字符集，用户将所得到的随机字符集与所下载得到的元数据，在本地通过哈希运算得到第二哈希值h2＝H(mRW)，通过与第一哈希值h1比较校验数据的正确性与完整性；其中，H()表示哈希运算，m表示下载的元数据，RW表示随机字符集。
7.一种Web3.0基于分布式存储网络的数据隐私保护系统，其特征在于，包括：加密模块、上传模块、下载模块、智能合约模块；
所述加密模块用于接收到用户所需要存储的元数据，并使用加密算法对元数据进行加密处理；
所述上传模块用于将加密数据上传到IPFS分布式存储网络中，并返回给服务平台密文在IPFS位置的哈希值；
所述下载模块用于在需要访问或共享数据时，通过分布式存储网络下载相应的加密数据和元数据，并进行解密处理，恢复原始数据；
所述智能合约模块用于通过智能合约设定数据的访问或共享权限，提供相关记录智能合约、查询智能合约与激励智能合约。
8.一种Web3.0基于分布式存储网络的数据隐私保护设备，其特征在于，包括：处理器、存储器以及通信接口；
所述存储器用于存储程序以及相关数据；
所述处理器用于执行所述程序实现如权利要求1至5中任一项所述的隐私保护方法；
所述通信接口用于执行上传以及下载等通信功能。
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