[发明专利]一种可变因子调节的区块链轻量级节点隐私保护方法

说明书

本发明涉及比特币区块链技术领域，尤其涉及一种可变因子调节的区块链轻量级节点隐私保护方法，该方法包括：在区块链轻量级节点初始化布隆过滤器参数，设定隐私度；根据初始化参数构造布隆过滤器，计算比特位数、哈希函数个数和可变因子值；插入查询地址，对布隆过滤器对应位置置1；隐私保护因子扰动，根据可变因子值对布隆过滤器置0的比特位随机置1；在区块链全节点根据布隆过滤器查询地址相关交易，将结果返回轻量级节点。该方法可有效减小区块链轻量级节点从全节点获取交易数据时引发的隐私泄露风险。

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，具体涉及一种可变因子调节的区块链轻量级节点隐私保护方法。

背景技术

区块链技术通过运用数据加密、时间戳、分布式共识和智能合约等手段, 在节点无需互相信任的分布式系统中实现基于去中心化信用的点对点交易、协调与协作。交易记录由所有节点共同维护。

随着交易的增加，区块链节点存储完整账本信息需要的磁盘空间也逐渐增大，例如，截止到2020年3月，比特币账本已超过266GB，同时，随着区块链使用规模的增长，验证网络中广播的区块和交易的正确性，也给节点带来了相当大的开销。当用户使用资源受限的设备，如移动终端、智能手机、传感器、嵌入式系统等时，完整下载账本几乎不可能完成。

通过简化的支付验证（SPV，Simplified Payment Verification）的方式可以使节点在不必存储完整区块链的情况下进行工作。这种类型的节点被称为SPV节点或轻量级节点。轻量级节点只需下载区块头，而不用下载包含在每个区块中的交易信息。由此产生的不含交易信息的区块链，大小只有完整区块链的1/1000。简易支付验证是通过参考交易在区块链中的深度，而不是高度，来验证它们。一个轻量级节点会验证所有区块的链（但不是所有的交易），并且把区块链和与自己有关的交易链接起来。通过请求merkle路径证明以及验证区块链中的工作量证明，来证实交易的存在性。

轻量级节点在与全节点的连接上设置过滤器，用以过滤从全节点发来的区块和交易数据流。由于SPV节点需要读取特定交易从而选择性地验证交易，对特定数据的请求可能无意中透露了钱包里的地址信息，因而产生隐私泄露风险。

布隆过滤器（Bloom Filters）允许轻量级节点通过使用模糊过滤机制接收交易的一个子集，无需精确地泄露他们感兴趣的地址。布隆过滤器通过一个由N个二进制数字（bit字段）的可变长度数组以及可变数量的M个哈希函数实现的。这些哈希函数的输出值始终在1和N之间，该数值与二进制位数组相对应。布隆过滤器数组里的每一个数的初始值为零。地址被加到布隆过滤器中之前，会依次通过每一个哈希函数运算一次。该输入经第一个哈希函数运算后得到了一个在1和N之间的数，它在该数组（编号依次为1至N）中所对应的位被置为1，从而把哈希函数的输出记录下来。接着再进行下一个哈希函数的运算，把另外一位置为1，以此类推。

布隆过滤器可以判断一个元素可能在集合中，不会出现漏报，但可能会有误报。而且随着插入的数据越多，误报的概率也越大。正是由于存在一定的误报率，布隆过滤器的使用使得攻击者无法直接获取用户钱包的地址信息，因而在一定程度上保护了用户隐私。然而，当布隆过滤器容量固定，且地址数较少时，攻击者如果能够收集足够的信息，仍有很高的概率猜测出轻量级客户端的钱包中的地址，造成用户隐私信息的泄露。

发明内容

为了解决区块链轻量级节点从全节点获取交易数据时引发的隐私泄露风险的问题，本发明提供一种可变因子调节的区块链轻量级节点隐私保护方法，通过该方法构造的布隆过滤器，能够在地址数偏少时仍保持一定的误报率，大幅降低攻击者的猜测成功的概率，从而保护用户隐私信息。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种可变因子调节的区块链轻量级节点隐私保护方法，包含以下步骤：

步骤S1、初始化参数，在轻量级客户端上设置布隆过滤器的容量m、目标误报率P_t和隐私度P；