[发明专利]基于区块链的多级位置信息共享方法

权利要求书

1.基于区块链的多级位置信息共享方法，

系统中的用户分为位置信息提供者、位置信息需求者、全节点三类；位置信息提供者为提供原始位置信息的用户，位置信息需求者为需要获得位置信息的用户，全节点为保存并提供验证信息的节点；

系统中共有(N+1)类级别的位置信息需求者，位置信息需求者加入系统时，系统根据其真实身份为其分配等级标识I,I＝0,1,…,N；等级标识越小，位置信息需求者的访问等级越高；等级标识为0的位置信息需求者能够确定位置信息提供者的精确坐标；其特征在于，该方法具体步骤是：

步骤(1).系统初始化；具体是：

(1-1).用户向系统提出注册申请，获取其真实身份信息对应的唯一的身份标识ID号ID_i，i∈[1,n]，n表示系统中注册的用户数；

(1-2).若用户为LP_i，确定{r_i¹，r_i²，...，r_i^N}，r_i¹＜r_i²＜...r_i^N；r_i^I表示等级标识为I的位置信息需求者能获得的关于LP_i的最高精度的正方形位置区域的边长，I＝1,2,...,N；使用密钥生成算法生成是在位置更新阶段加解密数据时使用的对称加密密钥，LP_i表示ID号为ID_i的位置信息提供者；

(1-3).若用户为位置信息需求者，系统为其分配等级标识；

(1-4).用户在用户端执行公私钥对生成算法，生成一对公私钥对(PK,SK)，存储在用户端供用户使用；

步骤(2).为实现多级隐私保护、信息可验证的目标，位置信息提供者进行数据预处理；具体是：

(2-1).LP_i的位置坐标P_i＝(x_i,y_i)；

首先，LP_i生成随机向量v₁＝(x₁′,y₁′)，满足确定对角顶点为P_i^L1和P_i^R1的正方形区域

然后，LP_i生成随机向量v₂＝(x₂′,y₂′)，满足确定对角顶点为P_i^L2和P_i^R2的正方形区域

LP_i重复N次上述操作，确定N个正方形区域，得到区域信息集合以及对角顶点集合P_i^L＝{P_i^L1,P_i^L2,...,P_i^LN}和P_i^R＝{P_i^R1,P_i^R2,...,P_i^RN}；

(2-2).LP_i使用保序加密算法OPE和密钥加密对角顶点坐标,得到对角顶点密文集合和

k∈[1,N]，ciph(·)表示保序加密函数；

(2-3).计算Merkel树的叶节点hash(·)表示哈希函数；得到叶节点集合LP_i使用Nodes_i建立一颗完整的Merkel树Vermer_i，并得到其根节点root_i；

步骤(3).位置信息提供者记录位置信息；具体是：

LP_i计算坐标信息(x_i,y_i)的哈希值hash(x_i||y_i)，计算密钥的哈希值

对(x_i,y_i)进行保序加密,得到保序加密值和分别表示对x_i和y_i保序加密的保序加密值，计算OPE_i的哈希值hash(OPE_i)；

向区块链网络中的矿工节点广播记录信息Record_i；

Record_i组成为：表示LP_i使用私钥与数字签名算法对信息的数字签名；区块链网络中的矿工节点对Record_i进行验证，验证通过后，经过共识过程将其写入区块链；

步骤(4).位置信息提供者上传位置信息及验证信息；具体是：

(4-1).LP_i向所有全节点广播表示LP_i使用私钥与数字签名算法对信息的数字签名；

(4-2).LP_i向至少一个LD⁰发送Enc(·)表示非对称加密函数，表示LD⁰的公钥；

LD⁰使用私钥解密得到计算(x_i′||y_i′)和的哈希值hash(x_i′||y_i′)和判断是否分别与链上数据Record_i中的hash(x_i||y_i)和相等：如果都相等，则完成数据完整性验证，接受信息如果不相等，则说明数据已被篡改，拒绝接收信息

步骤(5).位置信息需求者之间进行位置信息共享；具体是：

(5-1).ID号为ID_j、等级标识为a的位置信息需求者向访问级别相等或更高的申请LP_i的位置信息，a≥b，j∈[1,n]，l∈[1,n]；根据其等级标识a向发送位置信息其中，表示的公钥；

使用私钥解密得到

(5-2).向某一全节点Fnode_h请求验证数据，Fnode_h根据其等级标识a向发送验证数据其中，Fnode_h表示ID号为ID_h的全节点，h∈[1,n]，表示根据叶节点计算Vermer_i根节点root_i其他必要节点集合；

使用私钥解密得到

(5-3).计算叶节点结合必要节点集计算得到Vermer_i的根节点root_i′；计算OPE_i′和的哈希值hash(OPE_i′)和判断root_i′、hash(OPE_i′)、分别与链上数据Record_i中的root_i、hash(OPE_i)、是否相等：如果都相等，则完成数据完整性验证；如果不相等，说明数据已被篡改，共享失败；

(5-4).判断和是否成立：如果成立，则完成对区域的真实性验证；如果不成立，说明位置区域信息是虚假的，共享失败；

如果通过所有验证工作，确定LP_i位于正方形位置区域内，位置信息共享成功；

步骤(6).位置信息更新时，位置信息提供者上传偏移向量密文，位置信息需求者解密并借助该偏移向量来更新位置信息；具体是：

(6-1).LP_i第p次更新位置信息时，假设此时位置坐标为记偏移向量LP_i使用密钥加密V_i^p,得到密文E(·)表示对称加密算法；

LP_i广播位置更新信息信息组成如下：

表示LP_i对信息的数字签名；区块链网络中的矿工节点对进行验证，验证通过后，经过共识过程将其写入区块链；

(6-2).已经经过信息共享过程的在区块链上发现信息后，使用密钥解密得到V_i^p；借助V_i^p和即可确定LP_i处于对角顶点为和的正方形位置区域位置信息更新成功；其中，