关键词：
区块链
智能合约
属性基加密
多属性中心
数据共享
访问控制
摘要：
近年来随着海洋勘测手段的不断更新与海洋信息化的不断发展,各个海洋数据收集实体积累了大量的海洋数据,这些数据对于航运、渔业、海洋资源挖掘等领域有着巨大的经济价值。但目前这些海洋数据的经济价值却无法完全发挥出来,主要原因有海洋数据共享实体的利益与机制不清,共享技术的可靠便捷性不高,海洋数据共享平台的易用性和高效性不足等。以上存在的种种问题使得海洋数据的巨大经济价值无法释放,显然无法满足“海洋强国”的战略目标。针对以上问题,本文结合多属性中心的基于密文策略的属性加密技术与区块链技术提出了一种基于用户属性的细粒度的海洋数据共享方案。在方案中,使用多属性中心的基于密文策略的属性加密技术实现了海洋数据的细粒度共享,使用区块链作为数据关键信息的存储与查询平台,确定并记录了海洋数据资料转移过程,减少海洋数据共享过程中所有权的纠纷,提升数据共享的积极性。最后,根据该方案设计并实现了基于区块链的海洋数据共享系统。主要研究内容如下:(1)提出了基于区块链与属性加密的海洋数据共享方案。该方案使用了多属性中心的密文策略属性加密技术,允许数据拥有者将自己设定的访问策略嵌入到数据密文中,如果数据请求者的属性符合访问策略,则可以成功解密数据,以此实现基于用户属性的海洋数据的细粒度共享。该方案使用了以太坊智能合约作为海洋数据的关键信息的存储与查询平台,确定并记录了海洋数据资料转移过程,减少海洋数据共享过程中所有权的纠纷,提升数据共享的积极性。同时,鉴于区块链链上存储存在的性能瓶颈,只在链上存储数据的关键信息,而大体积的数据则存储在链下的星际文件系统IPFS中,有效地提升数据传输的效率。最后,设计三个实验对本方案进行分析验证。实验一,将多属性中心的属性加密方案与单中心的属性加密方案完成系统初始化、密钥生成、属性加密和属性解密四个阶段所需要的时间进行对比,实验结果表明多属性中心的属性加密方案的性能存在一定的综合优势。实验二,将IPFS与传统的云服务器上传与下载文件所需要的时间进行对比,实验结果表明在IPFS进行数据上传与下载时,相比于传统的云服务器存在显著的性能优势。实验三,将方案中设计的智能合约部署到以太坊的Rinkeby测试网,测试部署以及调用智能合约所需要的金钱,实验结果表明方案中的智能合约花费的金钱较少,具有较好的经济可行性。(2)对基于区块链的海洋数据共享系统进行了详细的设计。首先,针对海洋数据共享系统的需求,从功能性需求与非功能性需求两个角度出发,进行了详细分析。然后,根据需求分析为系统设计了基础设施层、区块链服务层、系统服务层和业务应用层的四层架构。最后,对系统的各功能模块进行了详细的设计,并对系统的主要的业务流程进行了阐述,为之后的系统实现做好充足的准备。(3)对基于区块链的海洋数据共享系统进行了实现并测试。首先对海洋数据共享系统依赖的开发环境进行配置部署,并将需要的外部功能模块引入到系统中。接着,对系统中的各个功能模块如用户的注册与登录模块、个人属性录入模块、数据加密上传与关键信息上链模块、链上信息查询与数据解密下载模块等进行了具体实现,并展示了系统中相关的页面。最后,对系统进行详细的测试,针对系统的高频率访问接口进行了压力测试,测试结果表明,在短时内面对较多用户并发访问的情况下,测试的接口展示了良好的性能。此外,针对系统中的各个功能模块进行了黑盒测试,结果表明系统中的各个功能工作良好,可以达到设计的目标。
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