关键词:
联盟链
电子商务
隐私保护
共识算法
分片机制
摘要:
随着区块链技术的不断发展和应用落地,联盟链已在电子商务等多个领域得到了广泛的应用。然而,电商联盟链应用呈现出的瓶颈问题越发显著:联盟链用户的隐私信息和系统的交易数据有泄露的风险;联盟链的Raft共识算法的性能较高,但无法抵抗拜占庭攻击,安全隐患较大;电商联盟链系统的吞吐量无法满足高实时电商交易的吞吐量需求,存在发展掣肘。因此,如何保障电商联盟链交易的安全性和高效性是一个关键问题。针对上述问题,本文从增强交易数据及用户信息的隐私性、强化Raft共识算法的安全性、提升联盟链系统吞吐量三个角度出发,研究了一种电商联盟链的安全高效电商交易模型。本文主要的研究内容如下:
(1)针对电商联盟链中用户隐私信息和交易数据泄露的问题,本文设计了一种基于轻量级Paillier加密的电商交易模型。首先,利用轻量级的Paillier加密算法对交易用户的隐私信息和交易数据进行加密,利用同态加密算法性质验证交易的合法性,并将交易数据以加密的方式存储于区块链中,保障交易用户信息和交易数据的隐私性。其次,利用一次性地址保护交易用户的身份地址,避免恶意节点对用户身份地址的分析攻击。最后,实验结果表明基于轻量级Paillier加密的交易模型能够满足电商联盟交易的性能需求,实现了用户交易隐私和身份隐私的双重保护。
(2)针对联盟链的Raft共识算法无法抵抗拜占庭攻击的问题,本文提出了基于门限秘密共享的电商联盟链安全共识算法。首先,引入shamir门限秘密共享方案保障领导者选举过程的安全性,防止拜占庭节点通过合谋攻击成为领导者节点,提高Raft共识算法的抗拜占庭攻击的能力。其次,利用变色龙哈希函数的私钥生成碰撞,防止私钥泄露,进一步提升共识算法的安全性;再次,利用数字签名技术保障日志复制阶段日志数据的一致性和安全性。最后,实验结果表明TD-Raft共识算法的性能略低于Raft共识算法,大幅提升了Raft共识算法的抗拜占庭攻击的能力,保障了共识算法以及联盟链系统的安全性。
(3)针对电商联盟链吞吐量不足的问题,本文设计了一种基于节点等级的电商联盟链高效分片机制。首先,考虑电商联盟链系统中节点的交易处理能力和共识行为,设计基于节点等级的分片机制,并利用可验证随机函数实现分片的随机性,保障分片系统的安全性和负载均衡。其次,将该分片机制与TD-Raft共识算法相结合,进一步保障分片内部以及分片之间的安全性,降低分片失效的概率。最后,实验结果表明基于节点等级的分片机制能够在保证系统安全性的同时,有效提高电商联盟链交易系统的吞吐量。