[发明专利]一种面向区块链的乐观并发保序编码方法

说明书

本发明公开了一种面向区块链的乐观并发保序编码方法，保序编码是一种编码方法，它的编码的排序顺序与明文的排序顺序相匹配，通过将保序编码用在区块链交易数据的隐私字段上，可以保护敏感信息不被泄漏，并且支持在密文上的便捷的查询。本发明提出了适用于区块链这种多客户端‑多服务器模型的保序编码方法，保序编码通常被实现为一个保序的编码字典，本发明将字典维护在每个区块链节点上以在参与方之间进行共享。为了提高系统吞吐，本发明提出了一种乐观并发编码方案，包括并发编码阶段和冲突消解阶段。此外，本发明提出了基于密文的点查询和范围查询的方法，为了提高查询效率，还对范围查询提出了一种基于cache的方法。

技术领域

本发明属于区块链技术领域，涉及到区块链中数据的隐私保护，具体是一种面向区块链的保序编码方法。

背景技术

区块链作为一种不可篡改、历史数据可追溯的分布式账本，具有广泛的应用领域，但在当前大多数的区块链系统(例如以太坊和Hyperledger Fabric)中，仅采用密码学签名来防止交易被篡改，交易内容仍以明文存储，所有参与者都可以看到。实际上，与其他数据共享方式相比，区块链的隐私保护问题在缺乏信任的参与者之间更为重要。

一种直接的隐私数据保护方法是直接对隐私数据加密，数据拥有者将隐私数据加密之后上传给区块链节点并转发到区块链网络中进行共识，数据在网络中得到共识之后以密文的形式保存在每个节点本地的区块链账本上。现有对数据加密的方式有多种，例如同态加密(HE)，可搜索加密(SE)等，但这些加密方法效率较低，开销较大。

本发明采用更高效的保序加密，或者称为保序编码(OPE)。保序编码是一种编码方法，它的编码的排序顺序与相应的明文顺序相匹配，这种特性的优点是系统可以对编码执行与明文相同的排序操作，方便在编码上进行点查询和范围查询。OPE的理想安全性是IND-OCPA(indistinguishability under ordered chosen-plaintext attack，有序选择明文攻击下不可区分)，即除了顺序之外，不会泄漏明文的任何信息。目前已经有很多实现这种安全性的保序编码方法。保序编码由于其具有高效，便于查询并且安全性较高的优点，被广泛应用于外包数据库中的隐私保护和加密数据库(CryptDB)等。

OPE通常被实现为一个保序的编码字典，这个字典可以存放在客户端或者服务端。传统的保序编码方法大多只适用于单客户端-单服务器模型，其中前提假设客户端是可信的，服务器是不可信的，服务器保存客户端上传的密文数据，并且除了顺序之外不知道明文的其他信息，而区块链是多客户端-多服务器模型；且传统的保序编码或者不考虑并发控制，或者建议使用细粒度的锁，这在区块链中非常低效，并且会有客户端宕机阻塞整个系统的风险；此外，与传统的数据库不同，区块链中的交易是分批执行的，所有的节点都必须执行交易，并且要获得相同的执行结果。因此现有的保序编码方法都不适用于区块链场景。

发明内容

本发明提出了一种面向区块链的乐观并发的保序编码方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤1：区块链网络中所有的节点初始化本地的OPE树；

步骤2：对需要上传的一条数据条目，数据拥有者将隐私字段的明文值加密后，将密文发给区块链节点请求编码；

步骤3：区块链节点对收到的密文计算保序编码，并将编码结果发给数据拥有者；如果编码过程中发现OPE树需要重平衡，就发送重平衡消息给数据拥有者；

步骤4：数据拥有者收到区块链节点发来的编码结果后，发起一笔TX_ENC类型的交易提案，所述TX_ENC类型的交易提案是指：隐私字段是密文、其他非隐私字段是明文、步骤3中计算好的保序编码、编码过程中记录的在树上的路径和当前OPE树的版本号一起发给区块链主节点，主节点是区块链共识算法；如果数据拥有者收到的是重平衡消息，就发起一笔TX_UPD类型的交易提案给主节点，所述TX_UPD类型的交易提案是指：标识用于重平衡OPE树的发给主节点的交易；