發(fā)布時(shí)間：2020-03-26所屬分類：計(jì)算機(jī)職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要盡管數(shù)據(jù)流動(dòng)和交易是大勢(shì)所趨，但當(dāng)前數(shù)據(jù)交易的熱情并不高漲。文章分析了數(shù)據(jù)的特殊性和當(dāng)前數(shù)據(jù)交易的模式，數(shù)據(jù)交易平臺(tái)有能力留存交易數(shù)據(jù)成為交易雙方的潛在威脅，成為數(shù)據(jù)交易的障礙。基于對(duì)密碼技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)和開(kāi)源開(kāi)放機(jī)制的研究，設(shè)計(jì)一種
摘 要盡管數(shù)據(jù)流動(dòng)和交易是大勢(shì)所趨，但當(dāng)前數(shù)據(jù)交易的熱情并不高漲。文章分析了數(shù)據(jù)的特殊性和當(dāng)前數(shù)據(jù)交易的模式，數(shù)據(jù)交易平臺(tái)有能力留存交易數(shù)據(jù)成為交易雙方的潛在威脅，成為數(shù)據(jù)交易的障礙。基于對(duì)密碼技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)和開(kāi)源開(kāi)放機(jī)制的研究，設(shè)計(jì)一種去中心化的新型交易平臺(tái)，從技術(shù)上保證平臺(tái)沒(méi)有機(jī)會(huì)查看、復(fù)制和留存交易數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)交易數(shù)據(jù)只在交易雙方中安全流轉(zhuǎn)。
關(guān)鍵詞數(shù)據(jù)交易;區(qū)塊鏈;密碼技術(shù);去中心化;共享
背景
隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，越來(lái)越多的數(shù)據(jù)被記錄，我們已經(jīng)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代。數(shù)據(jù)的共享和交易是大勢(shì)所趨和市場(chǎng)的必然需求。
只有多維度的數(shù)據(jù)交叉，才能發(fā)揮數(shù)據(jù)的最大價(jià)值，但沒(méi)有一家機(jī)構(gòu)能獲得全數(shù)據(jù)、全樣本。各地紛紛建立起大數(shù)據(jù)交易中心，并配套優(yōu)惠政策，然而，絕大多數(shù)企業(yè)并不愿意將自己的數(shù)據(jù)通過(guò)交易中心進(jìn)行交易。
在商品經(jīng)濟(jì)時(shí)代，商品交易平臺(tái)，無(wú)論是線下的大賣場(chǎng)模式(國(guó)美、蘇寧)，還是線上的商城模式(天貓、京東)都加速了商品的流通，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。大數(shù)據(jù)交易中心目標(biāo)同樣是鏈接供需雙方，加速數(shù)據(jù)流通，但數(shù)據(jù)企業(yè)并不買賬。
數(shù)據(jù)企業(yè)不把數(shù)據(jù)拿出來(lái)共享交易的擔(dān)心有兩方面。
1)數(shù)據(jù)合規(guī)性。什么樣的數(shù)據(jù)可以共享和交易?數(shù)據(jù)拿出來(lái)會(huì)不會(huì)被投訴或者處罰?謹(jǐn)慎的數(shù)據(jù)擁有者為了規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，不求有功，但求無(wú)過(guò)，索性就不拿出來(lái)。
2)數(shù)據(jù)安全和權(quán)益保障。數(shù)據(jù)在共享交易過(guò)程中，存在被第三方復(fù)制、留存、轉(zhuǎn)賣等風(fēng)險(xiǎn)，數(shù)據(jù)資產(chǎn)權(quán)益無(wú)法得到保障，數(shù)據(jù)共享可能就是在為他人做嫁衣，因此，不敢把數(shù)據(jù)拿出來(lái)共享交易。
1數(shù)據(jù)具有特殊性
通常的商品，不管是實(shí)物商品還是虛擬物品，都有一個(gè)明確的所有權(quán)約束，獲得所有權(quán)，就能唯一擁有商品，享用商品帶來(lái)的價(jià)值。商品交易和交換是商品所有權(quán)的轉(zhuǎn)移過(guò)程，在所有權(quán)轉(zhuǎn)移之前，任何一方觀看、托管甚至試用都不會(huì)真正擁有商品，這些過(guò)程也不會(huì)對(duì)商品提供者造成實(shí)質(zhì)性利益損害。
相對(duì)于普通商品，數(shù)據(jù)具有其特殊性。
1)無(wú)唯一性，沒(méi)有明確的所有權(quán)約束。普通商品具有唯一性，同一時(shí)間只能有一個(gè)所有者，所有權(quán)與唯一性是相關(guān)聯(lián)的。數(shù)據(jù)商品不具備唯一性，可以同時(shí)交易給多個(gè)對(duì)象，也就沒(méi)有了傳統(tǒng)所有權(quán)的概念。
2)看過(guò)即擁有。傳統(tǒng)商品的所有權(quán)都有一個(gè)顯式的、公認(rèn)的證明，比如房產(chǎn)證、股票賬戶，交易的安全就是順利保障所有權(quán)的轉(zhuǎn)移。數(shù)據(jù)商品沒(méi)有了傳統(tǒng)所有權(quán)的概念，擁有數(shù)據(jù)商品也更為簡(jiǎn)單，成本更低，看過(guò)即擁有了數(shù)據(jù)商品，就能獲得效用。
3)數(shù)據(jù)復(fù)制的完全無(wú)差異性。普通商品也存在復(fù)制和盜版，但復(fù)制品和盜版在效用上是與原商品有著巨大差別的，比如仿制的汽車不如原廠汽車質(zhì)量好，復(fù)印的畫不如原版畫價(jià)值高等，而數(shù)據(jù)產(chǎn)品的復(fù)制具有完全無(wú)差異性，在效用上也沒(méi)有差異。
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2傳統(tǒng)數(shù)據(jù)交易模式無(wú)法保障交易方的安全和權(quán)益
2.1托管交易模式
各個(gè)業(yè)務(wù)機(jī)構(gòu)將自身數(shù)據(jù)托管到中心數(shù)據(jù)庫(kù)，由中心數(shù)據(jù)與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交易。如圖1所示。
數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)托管數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)完全由數(shù)據(jù)中心所有，數(shù)據(jù)的后續(xù)應(yīng)用都與機(jī)構(gòu)無(wú)關(guān)，比如交易的數(shù)量、交易的對(duì)象等等，權(quán)益完全依賴中心的誠(chéng)信度。
2.2聚合交易模式
數(shù)據(jù)聚合中心通過(guò)API接口將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)機(jī)構(gòu)鏈接起來(lái)，業(yè)務(wù)機(jī)構(gòu)無(wú)需事先將數(shù)據(jù)上報(bào)給中心，數(shù)據(jù)由機(jī)構(gòu)自己管理。當(dāng)某個(gè)主體需要查詢數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)中心與數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)交互，有數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)回應(yīng)信息，由中心統(tǒng)一返回給查詢機(jī)構(gòu)。如圖2所示。
①機(jī)構(gòu)1發(fā)起“我要查小明”的請(qǐng)求，發(fā)送到數(shù)據(jù)聚合中心。
�、跀�(shù)據(jù)聚合中心將請(qǐng)求發(fā)送給除機(jī)構(gòu)1以外的所有機(jī)構(gòu)。
�、塾袛�(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)4和機(jī)構(gòu)6回應(yīng)，將數(shù)據(jù)發(fā)送給聚合中心。
�、芊职l(fā)中心將機(jī)構(gòu)4和機(jī)構(gòu)6回應(yīng)的數(shù)據(jù)匯總后發(fā)送給機(jī)構(gòu)1。
聚合的模式表面看起來(lái)數(shù)據(jù)都由數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)各自控制，中心只是起到了鏈接和撮合交易的功能，但仔細(xì)分析數(shù)據(jù)流動(dòng)機(jī)制，就會(huì)發(fā)現(xiàn)聚合模式的中心其實(shí)有能力、也有機(jī)會(huì)留存交易數(shù)據(jù)，也就擁有了數(shù)據(jù)，隨著交易的不斷進(jìn)行，數(shù)據(jù)不斷積累，聚合中心逐步變成了托管中心。
2.3小結(jié)
數(shù)據(jù)作為特殊商品具有獨(dú)特性，按照商品流通中介模式建立的數(shù)據(jù)中介平臺(tái)構(gòu)成了對(duì)數(shù)據(jù)交易雙方權(quán)益的潛在威脅，變成了數(shù)據(jù)交易的一個(gè)障礙。
交易平臺(tái)往往都是把自身作為權(quán)威、可信的第三方，表明自己不愿也沒(méi)有動(dòng)力去留存數(shù)據(jù)。但無(wú)法做和不愿做是兩個(gè)概念，無(wú)法做是想做但做不到，不愿做是有能力做但沒(méi)去做，一個(gè)不具威脅，一個(gè)具有潛在的威脅。
只有建立符合數(shù)據(jù)特性的信息平臺(tái)，通過(guò)技術(shù)機(jī)制而不是僅憑承諾來(lái)保障數(shù)據(jù)的安全和權(quán)益，做到讓數(shù)據(jù)交易雙方真正放心，才能加速數(shù)據(jù)的順暢流動(dòng)。
3基于密碼和區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)據(jù)交易平臺(tái)
3.1設(shè)計(jì)目標(biāo)
設(shè)計(jì)一種新型的數(shù)據(jù)交易平臺(tái)，從技術(shù)上保證平臺(tái)只能做鏈接功能，沒(méi)有機(jī)會(huì)查看、復(fù)制、留存交易數(shù)據(jù)內(nèi)容，保障數(shù)據(jù)的隱私和安全，讓交易雙方放心。
放心的平臺(tái)，要做到以下兩點(diǎn)。
1)對(duì)數(shù)據(jù)購(gòu)買者放心。數(shù)據(jù)產(chǎn)品合法化，規(guī)范化，可預(yù)期;交易要保密，信息查詢或者購(gòu)買行為本身就是隱私，不能被廣播、被無(wú)關(guān)機(jī)構(gòu)獲知，僅數(shù)據(jù)提供方知曉;交易要精準(zhǔn)，一旦發(fā)起交易，必定成功;交易有保障，交易行為有記錄，可查詢，可申訴。
2)對(duì)數(shù)據(jù)提供者放心。數(shù)據(jù)由提供者存儲(chǔ)和管理，誰(shuí)的數(shù)據(jù)誰(shuí)控制;交易過(guò)程中，數(shù)據(jù)僅能被購(gòu)買者獲得，其他任何第三方，包括平臺(tái)，也無(wú)法獲取數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)購(gòu)買者無(wú)法在平臺(tái)上將購(gòu)買的數(shù)據(jù)再次交易;購(gòu)買者的購(gòu)買意圖會(huì)準(zhǔn)確傳達(dá)，不會(huì)被平臺(tái)過(guò)濾和轉(zhuǎn)向;交易有保障，交易行為有記錄、可查詢、可申訴。
3.2設(shè)計(jì)原則
3.2.1正確使用密碼技術(shù)
一個(gè)系統(tǒng)不是用了密碼技術(shù)就代表了安全，更重要的是能否正確使用密碼技術(shù)，密碼技術(shù)的正確使用包括兩個(gè)方面。
1)密碼算法的正確使用。單獨(dú)一種密碼算法很難有效保證整個(gè)系統(tǒng)甚至某個(gè)應(yīng)用功能的安全性，需要對(duì)多種算法進(jìn)行有效組合，比如身份確認(rèn)可以使用非對(duì)稱加密，不可逆可以采用HASH算法，大數(shù)據(jù)量加密采用對(duì)稱加密，不可抵賴和篡改使用數(shù)字簽名，定向加密采用數(shù)字信封等等。即使使用密碼，不合理的組合也會(huì)導(dǎo)致漏洞。
2)流程的正確使用。保證整個(gè)業(yè)務(wù)的安全完成必須在各個(gè)流程中正確使用加密技術(shù)，在數(shù)據(jù)共享流程中，至少要包括密文索引、密碼查詢、密文獲取。
正確加密技術(shù)的使用目標(biāo)是每一筆交易都能保證隱私，同時(shí)，不可抵賴，都可以追蹤，第三方無(wú)法獲取數(shù)據(jù)內(nèi)容。
3.2.2引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)
區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N共享的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)[1]，具備共識(shí)的四個(gè)特性：去中心化(Decentralized)、去信任(Trustless)、集體維護(hù)(Collectivelymaintain)、可靠數(shù)據(jù)庫(kù)(ReliableDatabase)[2]。簡(jiǎn)單可以把區(qū)塊鏈理解為是一種完整的、不可篡改的、多方參與和監(jiān)督的記錄方式。
區(qū)塊鏈?zhǔn)潜忍貛诺牡讓蛹夹g(shù)支撐，以比特幣為代表的數(shù)字貨幣，關(guān)鍵的創(chuàng)新是通過(guò)具有時(shí)間戳(Timestamp)的哈希鏈和工作量證明(ProofofWork)機(jī)制解決雙重支付(DoubleSpending)和拜占庭將軍問(wèn)題(ByzantineGenerals’Problem)，即保證同一筆比特幣不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)地址[3]，并且在信道可靠的基礎(chǔ)上，所有節(jié)點(diǎn)都可以讓其它節(jié)點(diǎn)接收到自己的真實(shí)意圖，并最終一致行動(dòng)[4]。
這一技術(shù)方案最早見(jiàn)于化名為中本聰(SatoshiNakamoto)的個(gè)人或團(tuán)體在2008年發(fā)表的論文Bitcoin:APeer-to-PeerElectronicCashSystem[5]，如圖3所示。
區(qū)塊鏈技術(shù)和思想的引入，可以讓所有機(jī)構(gòu)公平參與，中心平臺(tái)的操作也變?yōu)橥该骱涂杀O(jiān)督，成為隨時(shí)可監(jiān)督、可拋棄、可替換的服務(wù)者，每個(gè)參與者也可自成中心，讓原來(lái)的強(qiáng)中心變成弱中心。
3.2.3開(kāi)放與開(kāi)源
無(wú)論多么完善、多么強(qiáng)大的機(jī)制和體系，都擋不住實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的小“技巧”(漏洞或者后門)。表面上說(shuō)的再好，最后的實(shí)現(xiàn)是黑盒，還是無(wú)法讓參與者放心，為了讓參與者徹底放心，系統(tǒng)需要協(xié)議開(kāi)放和代碼開(kāi)源，而開(kāi)放和開(kāi)源也是區(qū)塊鏈的特性所要求的[2]。
1)協(xié)議開(kāi)放。系統(tǒng)對(duì)交互的協(xié)議和數(shù)據(jù)格式公開(kāi)，參與者可以自行技術(shù)實(shí)現(xiàn)相關(guān)組件加入體系，確保自身數(shù)據(jù)的安全可控。
2)代碼開(kāi)源。系統(tǒng)為參與者寫好了數(shù)據(jù)接入模塊，源代碼公開(kāi)，讓用戶看的清清楚楚，也證明系統(tǒng)的清白。敢于協(xié)議開(kāi)放和代碼開(kāi)源，本身就是系統(tǒng)透明、安全以及公正的最好證明。
3.3平臺(tái)設(shè)計(jì)
3.3.1整體架構(gòu)
整個(gè)體系由三部分組成，如圖4所示。
1)公共區(qū)(交易平臺(tái))。第三方機(jī)構(gòu)建設(shè)運(yùn)營(yíng)，主要作用是搭建基礎(chǔ)通訊架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)成員之間的連接和通訊隱藏;成員認(rèn)證和接入管理;維護(hù)公共記錄塊鏈，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的索引記錄、交易記錄;制定數(shù)據(jù)規(guī)范和交易規(guī)則，維持交易秩序;協(xié)助交易方完成數(shù)據(jù)的追溯維權(quán)。
2)成員區(qū)。參與方數(shù)據(jù)區(qū)，主要保存公共區(qū)記錄塊鏈的備份，監(jiān)督公共區(qū)的區(qū)塊鏈記錄的正確性;維護(hù)自己可共享的隱私數(shù)據(jù)，提供對(duì)外的查詢服務(wù);發(fā)起查詢，獲取外部數(shù)據(jù)。
3)節(jié)點(diǎn)設(shè)備。連接公共區(qū)和成員區(qū)，實(shí)現(xiàn)從公共區(qū)域中備份記錄塊鏈，完成自有數(shù)據(jù)的塊鏈生成和提交，接收來(lái)自公共區(qū)域的消息，實(shí)現(xiàn)與對(duì)端的安全通訊(查詢及被查詢)。可以由成員根據(jù)開(kāi)放協(xié)議自行開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)，也可以由交易平臺(tái)提供源代碼。·
3.3.2體系初始化
第三方搭建交易平臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)，對(duì)外公布交易平臺(tái)的自簽名證書(公鑰)。交易平臺(tái)公布運(yùn)營(yíng)規(guī)則，成員加入資格，共享數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)。如下為用戶的信貸信息共享數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)(邏輯組成示例)。
1)用戶：C3765DF5C2AAC29642EC08F9CDC148B03E2727D7[(身份證+姓名)HASH值]。
2)近兩年貸款信息，如表1所示。
4)正在進(jìn)行的貸款，如表3所示。
3.3.3成員加入及認(rèn)證
1)成員申請(qǐng)加入，交易平臺(tái)審核確認(rèn)成員身份，允許成員加入后，成員向交易平臺(tái)發(fā)送第三方CA發(fā)放的數(shù)字證書或者自產(chǎn)生的數(shù)字證書，作為成員的身份證書，交易平臺(tái)將此數(shù)字證書與成員真實(shí)身份對(duì)應(yīng)。
2)成員自己生成任意數(shù)量公私鑰對(duì)池，將公鑰池?cái)?shù)據(jù)用身份證書的私鑰進(jìn)行簽名，發(fā)送給交易平臺(tái)，交易平臺(tái)使用成員身份證書進(jìn)行驗(yàn)證后，將公鑰池中的公鑰與成員關(guān)聯(lián)，也作為成員的身份標(biāo)識(shí)(此步驟可以在步驟1完成后，根據(jù)需要隨時(shí)發(fā)起，可多次發(fā)起)。
使用多個(gè)公鑰的目的是成員可以使用多個(gè)身份標(biāo)識(shí)發(fā)布數(shù)據(jù)索引，讓其他成員無(wú)法判斷數(shù)據(jù)的來(lái)源。
如果使用實(shí)名交易，則無(wú)需多個(gè)公鑰。
3.3.4數(shù)據(jù)索引提交
1)成員選擇可以對(duì)外共享或者交易的數(shù)據(jù)。
2)計(jì)算主體標(biāo)識(shí)ID(如：身份證+姓名)的HASH值，提取主體信息描述，計(jì)算主體信息內(nèi)容的HSAH值，并為此信息定價(jià)，形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)索引信
3)從公鑰池中選取此次共享數(shù)據(jù)采用的密鑰對(duì)(同一主體記錄應(yīng)保持使用同一密鑰)，在信息中增加公鑰信息，并使用對(duì)應(yīng)的私鑰對(duì)信息進(jìn)行簽名，形成記錄申請(qǐng)包，發(fā)送給平臺(tái)。申請(qǐng)包如圖5所示。當(dāng)數(shù)據(jù)有更新時(shí)，成員應(yīng)重新提交數(shù)據(jù)索引及描述。
3.3.5共享數(shù)據(jù)索引區(qū)塊鏈生成
交易平臺(tái)收到記錄申請(qǐng)包，提取相應(yīng)的公鑰，驗(yàn)證公鑰是否在已經(jīng)提交的公鑰池中，確認(rèn)此公鑰為有效成員所擁有，然后使用公鑰對(duì)記錄簽名進(jìn)行驗(yàn)證，確認(rèn)此信息為對(duì)應(yīng)成員所發(fā)送。然后提取申請(qǐng)中的密文索引信息作為一個(gè)記錄(Record)。平臺(tái)將收到的所有成員發(fā)送的記錄匯總，加入到當(dāng)前區(qū)塊(Block)中，并且與前期生成的塊鏈接形成鏈條(Chain)。
Block的生成引入隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)分配機(jī)制，使得每個(gè)參與者節(jié)點(diǎn)都能公平獲得生成Block的機(jī)會(huì)，從而保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息都能被記錄在鏈條中，也保證了鏈條參與節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)。使用隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)分配機(jī)制而不是比特幣中的工作量證明挖礦機(jī)制，可以大大減少能源的損耗。2014年6月曾有工程師系統(tǒng)計(jì)算，在比特幣全網(wǎng)計(jì)算能力為110000000GH/S的情況下，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的挖礦成本約為每年8億美元，包括電力成本約7071.2萬(wàn)美元和礦機(jī)投資約7.33億美元[6]。如圖6所示。
交易平臺(tái)定期(如每小時(shí))將各個(gè)成員提交的新索引和更新索引匯總生成當(dāng)天的塊，加入鏈條中。鏈里的記錄內(nèi)容無(wú)法更改和刪除，只能新增記錄。
每個(gè)成員都可以對(duì)索引鏈進(jìn)行下載和檢索，確認(rèn)自己提供的索引是否在索引鏈中，形成對(duì)交易平臺(tái)的監(jiān)督。
3.3.6信息查詢
當(dāng)成員需要查詢平臺(tái)中是否存在某個(gè)主體信息時(shí)，首先是檢索平臺(tái)中是否存在對(duì)應(yīng)的索引。查詢成員獲取到主體的身份信息(如身份證+姓名)，對(duì)身份信息進(jìn)行HASH處理，得到身份信息密文，如C3765DF5C2AAC29642EC08F9CDC148B03E2727D7，使用密文進(jìn)行檢索，檢索可以通過(guò)兩種方式。
1)將密文索引值發(fā)送到交易平臺(tái)，由返回查詢結(jié)果。
2)從交易平臺(tái)中下載索引的區(qū)塊鏈文件，自行解析其中的密文索引，檢索是否存在需要查詢的主體索引。
無(wú)論交易平臺(tái)服務(wù)檢索，還是本地自行檢索，僅僅是查詢平臺(tái)中是否有機(jī)構(gòu)提供此主體的信息，并不返回真正的數(shù)據(jù)內(nèi)容。如果存在，則可以得到此索引對(duì)應(yīng)的完整索引記錄，包括密文索引ID、描述、服務(wù)地址、價(jià)格，提供機(jī)構(gòu)的密鑰及簽名等信息。
