CN111541678A - 一种基于区块链的代理重加密方法、***及存储介质 - Google Patents

一种基于区块链的代理重加密方法、***及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的代理重加密方法、***及存储介质。该方法包括步骤：分别生成授权者的公私钥对和被授权者的公私钥对；利用授权者的公钥对数据进行加密，生成加密数据并上传到云存储服务器；接收被授权者发送的访问请求，所述访问请求中包括被授权者的公钥，利用授权者的私钥和被授权者的公钥生成重加密密钥；将所述重加密密钥发送给区块链的智能合约，调用所述智能合约从所述云存储服务器中读取所述加密数据，并利用所述重加密密钥对所述加密数据进行重加密，生成重加密数据；利用被授权者的私钥对所述重加密数据进行解密。本发明使得代理者可以基于区块链***进行分布式、透明、可验证的代理重加密操作。

Description

一种基于区块链的代理重加密方法、***及存储介质
技术领域
本发明属于应用密码学技术领域，更具体地，涉及一种基于区块链的代理重加密方法、***及存储介质。
背景技术
代理重加密技术属于密码学原语(primitive)，是一种密文间的密钥转换协议。通常来说，在代理重加密***中，代理者(proxy)在获得由授权人(delegator)产生的针对被授权人(delegatee)的转换密钥后，能够将原本加密给授权人的密文转换为针对被授权人的密文，被授权人只需利用自己的私钥就可以解密该转换后的密文。代理重加密能够进一步保证：虽然代理者拥有转换密钥，但是代理者依然无法获取关于密文中对应明文的任何信息。现实中，代理重加密在很多场合有着广泛的应用，如数字版权保护、分布式文件***、加密垃圾邮件过滤、云计算等。
在云计算场景中，用户数据通常以加密形式存在于云存储服务器中。由于用户对云服务提供商不完全信任，因此在用户数据授权时不能将私钥传递给云服务提供商，由其进行解密分发。代理重加密***可以在***漏数据拥有者私钥的情况下，实现云端密文数据授权共享。
然而，传统代理重加密技术存在的问题是：代理者的行为不透明。目前代理重加密***通常需要诚实的第三方代理，并且具有代理者中心化、不透明、不可公开追溯的特性，因此在恶意代理者存在的情况下，可能出现代理者与授权人共同抵赖授权事实的情况。另外，传统代理重加密技术中采用公开的重加密密钥还可能带来安全风险，例如在某些算法下，重加密密钥和被授权人的私钥可组合用来推导出授权人私钥。
发明内容
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于区块链的代理重加密方法、***及存储介质，使得代理者可以基于区块链***进行分布式、透明、可验证的代理重加密操作，授权行为由区块链***记录，可有效防止授权者或被授权者对授权行为的抵赖。
为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种基于区块链的代理重加密方法，包括步骤：
分别生成授权者的公私钥对和被授权者的公私钥对；
利用授权者的公钥对数据进行加密，生成加密数据并上传到云存储服务器；
接收被授权者发送的访问请求，所述访问请求中包括被授权者的公钥，利用授权者的私钥和被授权者的公钥生成重加密密钥；
将所述重加密密钥发送给区块链的智能合约，调用所述智能合约从所述云存储服务器中读取所述加密数据，并利用所述重加密密钥对所述加密数据进行重加密，生成重加密数据；
利用被授权者的私钥对所述重加密数据进行解密。
优选地，所述分别生成授权者的公私钥对和被授权者的公私钥对具体是：
接收***安全参数λ，根据所述***安全参数λ随机生成两个阶为q的群组
Figure BDA0002456198120000021
并根据所述群组
Figure BDA0002456198120000022
生成相应的双线性图e：
Figure BDA0002456198120000023
获得***公共参数(g，Z)，其中
Figure BDA0002456198120000024
根据所述***公共参数(g，Z)，在所述群组
Figure BDA0002456198120000025
中随机选取的均匀分布的两个随机数记为(a1，a2)，，得到授权者的私钥skA＝(a1，a2)，并且生成相应的授权者的公钥
Figure BDA0002456198120000026
根据所述***公共参数(g，Z)_，在所述群组
Figure BDA0002456198120000027
中随机选取的均匀分布的两个随机数记为(b1，b2)，得到被授权者的私钥skB＝(b1，b2)，并且生成相应的被授权者的公钥
Figure BDA0002456198120000028
所述对数据进行加密是采用以下公式计算：
c1＝gk；
Figure BDA0002456198120000029
其中，(c1，c2)为加密后的所述加密数据，m为待加密的数据，k为所述群组
Figure BDA00024561981200000210
中均匀选取的随机数；
所述生成重加密密钥是采用以下公式计算：
Figure BDA0002456198120000031
其中，rkA→B为所述重加密密钥，skA为授权者的私钥，pkB为被授权者的公钥；
所述生成重加密数据是采用以下公式计算：
c′1＝e(c1，rkA→B)；c′2＝c2，其中，(c′1，c′2)为所述重加密数据。
优选地，所述生成加密数据并上传到云存储服务器后，在区块链上记录所述加密数据的上传信息。
优选地，所述上传信息中包括存储位置和授权者信息。
优选地，根据所述上传信息从所述云存储服务器中读取所述加密数据。
按照本发明的第二方面，提供了一种基于区块链的代理重加密***，包括：
公私钥对生成模块，用于分别生成授权者的公私钥对和被授权者的公私钥对；
加密模块，用于利用授权者的公钥对数据进行加密，生成加密数据并上传到云存储服务器；
重加密密钥生成模块，用于接收被授权者发送的访问请求，所述访问请求中包括被授权者的公钥，利用授权者的私钥和被授权者的公钥生成重加密密钥；
重加密模块，用于将所述重加密密钥发送给区块链的智能合约，调用所述智能合约从所述云存储服务器中读取所述加密数据，并利用所述重加密密钥对所述加密数据进行重加密，生成重加密数据；
解密模块，用于利用被授权者的私钥对所述重加密数据进行解密。
按照本发明的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项方法。
总体而言，本发明与现有技术相比，具有有益效果：
(1)使用区块链智能合约充当传统代理重加密***中的代理者，有效消除了***对诚实第三方的依赖，并且使得授权过程具有透明、不可抵赖的特性；
(2)本发明的代理重加密算法可有效防止公开的重加密密钥带来的安全风险。
附图说明
图1是本发明实施例的一种基于区块链的代理重加密方法的实现原理；
图2是本发明实施例的一种基于区块链的代理重加密方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例提供的一种基于区块链的代理重加密方法，实现原理如图1所示。在代理重加密过程中，包括以下四类角色：授权者、云存储服务器、区块链***和被授权者。具体流程如图2所示。
(1)***初始化阶段
基于给定的参数，***组成各方调用算法产生***公共参数以及其他生成相关的公私钥对所需要的参数。
(2)离线阶段
分别生成授权者的公私钥对和被授权者的公私钥对。根据***初始化阶段产生的公私钥对参数调用算法生成授权者以及被授权者用作加密的公私钥对。可异步生成授权者、被授权者可各自的公私钥对。
利用授权者的公钥对数据进行加密，并将加密数据上传到云存储服务器。生成加密数据并上传到云存储服务器后，可在区块链上记录加密数据的上传信息，例如是存储位置和授权者信息，还可以包括数据的内容简介。
(3)授权阶段
接收被授权者发送的访问请求，该访问请求中包括被授权者的公钥，利用授权者的私钥和被授权者的公钥生成重加密密钥。被授权者自云存储服务区查询到上传信息后，可以购买要访问的数据，发送访问请求，将被授权者的公钥通过记录的信息发送给授权者。使用授权者的私钥以及被授权者的公钥调用算法生成单项、具有特异性的重加密密钥。
将重加密密钥发送给区块链的智能合约，调用智能合约从云存储服务器中读取加密数据，并利用重加密密钥对加密数据进行重加密，生成重加密数据。即授权者使用重加密密钥以及加密数据请求执行区块链代理智能合约执行算法，生成重加密数据后，授权完成。具体地，加密数据的读取是根据区块链记录的上传信息从云存储服务器中来读取。
(4)结束阶段
利用被授权者的私钥对所述重加密数据进行解密。被授权者使用私钥对加密数据进行一阶解密，如内容不符或解密失败，可线下凭借区块链***数据对授权者进行追责。
下面具体说明本发明实施例提供的代理重加密算法。
(1)***公共参数生成算法：(g，Z)←ParamGen(λ)
该算法模块接受的参数为***安全参数λ，该算法模块首先根据***安全参数随机生成两个阶为q的群组
Figure BDA0002456198120000051
并根据两个群组生成相应的双线性图e：
Figure BDA0002456198120000052
最终算法模块返回
Figure BDA0002456198120000053
(2)密钥生成算法：(pk，sk)←KeyGen(g，Z)
该算法模块接受参数为***公共参数(g，Z)。该算法首先生成私钥，根据一生成的***公共参数，在群组
Figure BDA0002456198120000054
中随机选取的均匀分布的两个随机数记为(a1，a2)，并得到授权者的私钥sk＝(a1，a2)，并且生成相应的授权者的公钥
Figure BDA0002456198120000055
根据***公共参数(g，Z)_，在群组
Figure BDA0002456198120000056
中随机选取的均匀分布的两个随机数记为(b1，b2)，得到被授权者的私钥skB＝(b1，b2)，并且生成相应的被授权者的公钥
Figure BDA0002456198120000057
(3重加密密钥生成算法：rkA→B←ReKeyGen(ska，pkb)
该算法模块接受参数为授权人的私钥ska，被授权人的公钥pkb。计算单项的重加密密钥
Figure BDA0002456198120000061
(4)加密算法
本发明实施例中利用授权者的公钥对数据进行加密采用的是二阶加密算法。采用二阶加密算法，该加密信息可被重加密。而采用一阶加密算法，则加密信息只可被相应私钥解密，不可被重加密。
二阶加密算法：(c1，c2)←Enc2(m，pk)
该算法模块接受参数为需要加密的消息m，加密公钥pk。最终加密后的信息为c1＝gk；
Figure BDA0002456198120000062
其中k为群组
Figure BDA0002456198120000063
中均匀选取的随机数。
一阶加密算法：(c1，c2)←Enc1(m，pk)
该算法模块接受参数为需要加密的消息m，加密公钥pk。最终加密后的信息为
Figure BDA0002456198120000064
c2＝mZk，其中k为群组
Figure BDA0002456198120000065
中均匀选取的随机数。
(5)重加密算法：(c′1，c′2)←ReEnc(c1，c2，rkA→B)
该算法模块接受参数为重加密前密文(c1，c2)，重加密密钥rkA→B，计算c′1←e(c1，rk)；c′2←c2。
(6)解密算法：m←Dec(c1，c2，sk)
利用被授权者的私钥对重加密数据进行解密是采用一阶解密算法。该算法模块接受参数为加密消息(c1，c2)，私钥sk。一阶解密算法为：
Figure BDA0002456198120000066
二阶解密算法为：
Figure BDA0002456198120000067
本发明实施例提供的一种基于区块链的代理重加密***，包括：
公私钥对生成模块，用于分别生成授权者的公私钥对和被授权者的公私钥对；
加密模块，用于利用授权者的公钥对数据进行加密，生成加密数据并上传到云存储服务器；
重加密密钥生成模块，用于接收被授权者发送的访问请求，访问请求中包括被授权者的公钥，利用授权者的私钥和被授权者的公钥生成重加密密钥；
重加密模块，用于将重加密密钥发送给区块链的智能合约，调用智能合约从云存储服务器中读取加密数据，并利用重加密密钥对加密数据进行重加密，生成重加密数据；
解密模块，用于利用被授权者的私钥对重加密数据进行解密。
代理重加密***的实现原理、技术效果与上述代理重加密方法类似，此处不再赘述。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行以实现上述任一代理重加密方法实施例的技术方案。其实现原理、技术效果与上述方法类似，此处不再赘述。
必须说明的是，上述任一实施例中，方法并不必然按照序号顺序依次执行，只要从执行逻辑中不能推定必然按某一顺序执行，则意味着可以以其他任何可能的顺序执行。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于区块链的代理重加密方法，其特征在于，包括步骤：
分别生成授权者的公私钥对和被授权者的公私钥对；
利用授权者的公钥对数据进行加密，生成加密数据并上传到云存储服务器；
接收被授权者发送的访问请求，所述访问请求中包括被授权者的公钥，利用授权者的私钥和被授权者的公钥生成重加密密钥；
将所述重加密密钥发送给区块链的智能合约，调用所述智能合约从所述云存储服务器中读取所述加密数据，并利用所述重加密密钥对所述加密数据进行重加密，生成重加密数据；
利用被授权者的私钥对所述重加密数据进行解密。
2.如权利要求1所述的一种基于区块链的代理重加密方法，其特征在于，所述分别生成授权者的公私钥对和被授权者的公私钥对具体是：
接收***安全参数λ，根据所述***安全参数λ随机生成两个阶为q的群组
Figure FDA0002456198110000011
并根据所述群组
Figure FDA0002456198110000012
生成相应的双线性图
Figure FDA0002456198110000013
获得***公共参数(g，Z)，其中
Figure FDA0002456198110000014
根据所述***公共参数(g，Z)_，在所述群组
Figure FDA0002456198110000015
中随机选取的均匀分布的两个随机数记为(a1，a2)，得到授权者的私钥skA＝(a1，a2)，并且生成相应的授权者的公钥
Figure FDA0002456198110000016
根据所述***公共参数(g，Z)_，在所述群组
Figure FDA0002456198110000017
中随机选取的均匀分布的两个随机数记为(b1，b2)，得到被授权者的私钥skB＝(b1，b2)，并且生成相应的被授权者的公钥
Figure FDA0002456198110000018
所述对授权者数据进行加密是采用以下公式计算：
c1＝gk；
Figure FDA0002456198110000019
其中，(c1，c2)为加密后的所述加密数据，m为待加密的数据，k为所述群组
Figure FDA0002456198110000021
中均匀选取的随机数；
所述生成重加密密钥是采用以下公式计算：
Figure FDA0002456198110000022
其中，rkA→B为所述重加密密钥，skA为授权者的私钥，pkB为被授权者的公钥；
所述生成重加密数据是采用以下公式计算：
c′1＝e(c1，rkA→B)；c′2＝c2，其中，(c′1，c′2)为所述重加密后数据。
3.如权利要求1或2所述的一种基于区块链的代理重加密方法，其特征在于，所述生成加密数据并上传到云存储服务器后，在区块链上记录所述加密数据的上传信息。
4.如权利要求3所述的一种基于区块链的代理重加密方法，其特征在于，所述上传信息中包括存储位置和授权者信息。
5.如权利要求4所述的一种基于区块链的代理重加密方法，其特征在于，根据所述上传信息从所述云存储服务器中读取所述加密数据。
6.一种基于区块链的代理重加密***，其特征在于，包括：
公私钥对生成模块，用于分别生成授权者的公私钥对和被授权者的公私钥对；
加密模块，用于利用授权者的公钥对数据进行加密，生成加密数据并上传到云存储服务器；
重加密密钥生成模块，用于接收被授权者发送的访问请求，所述访问请求中包括被授权者的公钥，利用授权者的私钥和被授权者的公钥生成重加密密钥；
重加密模块，用于将所述重加密密钥发送给区块链的智能合约，调用所述智能合约从所述云存储服务器中读取所述加密数据，并利用所述重加密密钥对所述加密数据进行重加密，生成重加密数据；
解密模块，用于利用被授权者的私钥对所述重加密数据进行解密。
7.如权利要求6所述的一种基于区块链的代理重加密***，其特征在于，所述分别生成授权者的公私钥对和被授权者的公私钥对具体是：
接收***安全参数λ，根据所述***安全参数λ随机生成两个阶为q的群组
Figure FDA0002456198110000031
并根据所述群组
Figure FDA0002456198110000032
生成相应的双线性图
Figure FDA0002456198110000033
获得***公共参数(g，Z)，其中
Figure FDA0002456198110000034
根据所述***公共参数(g，Z)_，在所述群组
Figure FDA0002456198110000035
中随机选取的均匀分布的两个随机数记为(a1，a2)，得到授权者的私钥skA＝(a1，a2)，并且生成相应的授权者的公钥
Figure FDA0002456198110000036
根据所述***公共参数(g，Z)_，在所述群组
Figure FDA0002456198110000037
中随机选取的均匀分布的两个随机数记为(b1，b2)，得到被授权者的私钥skB＝(b1，b2)，并且生成相应的被授权者的公钥
Figure FDA0002456198110000038
所述对数据进行加密是采用以下公式计算：
c1＝gk；
Figure FDA0002456198110000039
其中，(c1，c2)为加密后的所述加密数据，m为待加密的数据，k为所述群组
Figure FDA00024561981100000310
中均匀选取的随机数；
所述生成重加密密钥是采用以下公式计算：
Figure FDA00024561981100000311
其中，rkA→B为所述重加密密钥，skA为授权者的私钥，pkB为被授权者的公钥；
所述生成重加密数据是采用以下公式计算：
c′1＝e(c1，rkA→B)；c′2＝c2，其中，(c′1，c′2)为所述重加密后数据。
8.如权利要求6或7所述的一种基于区块链的代理重加密***，其特征在于，所述生成加密数据并上传到云存储服务器后，在区块链上记录所述加密数据的上传信息。
9.如权利要求8所述的一种基于区块链的代理重加密***，其特征在于，所述上传信息中包括存储位置和授权者信息。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的方法。
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