CN108462568A - 一种基于区块链的安全文件存储和共享方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于信息检索及数据库结构技术领域，公开了一种基于区块链的安全文件存储和共享方法，利用区块链技术实现文件的安全存储与共享；用户对文件进行加密上传处理，获取文件指针，在记账节点将制定的访问策略与指针等信息写入区块链账本后，获取部分文件作为激励；其他用户满足访问策略后可以从临近记账节点或文件拥有者获取文件密钥解密文件最终获得明文文件。本发明确保了用户数据的安全性，用户使用简单方便，同时公钥密码技术使得文件更为安全；区块链账本的不可篡改性进一步保证了文件的完整可用，又使得用户可以针对不同文件制定不同的访问策略，在共享文件的同时实现了对文件的完全控制。

Description

一种基于区块链的安全文件存储和共享方法

技术领域

本发明属于信息检索及数据库结构技术领域，尤其涉及一种基于区块链的安全文件存储和共享方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：随着信息科技的发展，现在越来越多的用户会选择使用云服务来存储数据。云存储确实为用户带来了诸多便利，包括代价低廉、服务灵活方便、便于管理。虽然云存储有诸多优点，但是它的使用也带来了安全问题，用户比较关心的就是数据的隐私安全性，明文存储的数据中的用户隐私会被云服务提供商轻而易举的获取，因此，用户希望加密自己的数据，使得数据以密文的形式提交给云服务提供商。归结原因就是用户使用云存储会降低对于数据的控制，但这又为数据共享带来了困难。因此安全的文件存储和共享成为了现在急需解决的问题。用户希望在保证数据安全的前提下，实现对数据的完全控制，包括灵活的访问控制策略，可控的数据共享范围等。通常情况下，对文件加密保证了隐私安全，但是加密后的文件有没有被恶意修改，文件是否还完整可用，在文件共享时，共享的人群，文件的有效共享时间等如何控制，这些都是现有的安全共享方法亟需解决的问题。

综上所述，现有技术存在的问题是：云存储在明文存储的数据中的用户隐私会被云服务提供商轻而易举的获取，无法有效保证数据机密性、完整性、可用性以及对加密后的文件实现有效的访问控制。

解决上述技术问题的难度和意义：加密后的文件有没有被恶意修改，文件是否还完整可用，在文件共享时，共享的人群，文件的有效共享时间等如何控制，这些都是现有的安全共享方法亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于区块链的安全文件存储和共享方法。

本发明是这样实现的，一种基于区块链的安全文件存储和共享方法，所述基于区块链的安全文件存储和共享方法利用区块链技术实现文件的安全存储与共享；用户对文件进行加密处理，获取密文文件哈希值，之后将文件上传至存储服务器并得到文件存储地址指针；用户保存文件哈希值、索引值以及文件指针，在记账节点将制定的访问策略与上述信息成功写入区块链账本并达成共识后，证书机构会为记账节点颁发一个令牌标识，该令牌标识具有系统签名以及有效时限，同时被所有用户所认可，可以从用户端获取用户的文件密钥进行文件解密，记账节点以此获取部分文件作为激励；其他访问用户想要获取解密密钥，需要向临近记账节点提交身份信息，记账节点验证满足访问策略后向访问用户颁发带有自身签名的令牌，访问用户通过令牌从文件拥有者获取文件密钥解密文件。

进一步，所述基于区块链的安全文件存储和共享方法包括以下步骤：

步骤一，用户在接入系统时进行初始化，证书授权机构会为新用户颁发数字证书，包含有用户独一无二的序列号及用户的身份信息；同时获取自己的公私钥对，通过对私钥及产生的随机数进行哈希计算得到主密钥，将主密钥与随机数保存于用户端；

步骤二，文件加密上传，获取文件存储指针及文件哈希值；

步骤三：制定对应的文件访问策略，提交访问策略、文件指针及密文哈希值；

步骤四：记账节点达成共识将信息写入区块链账本；

步骤五：文件下载解密；

步骤五：保存明文文件，结束。

进一步，在步骤一中的初始化过程包括：

第一步，用户接入系统时，需要提供身份属性信息，然后证书颁发机构会根据用户提供的信息及系统自身状态为用户颁发独一无二的数字证书；

第二步，用户端会为拥有证书的合法用户生成公私钥对，存储在用户端由用户控制；

第三步，用户端通过本地函数生成安全随机数，将用户私钥与安全随机数作为参数通过哈希函数生成主密钥，保存在用户端；

第四步，将生成的用户公钥上传至证书机构的用户注册信息列表中，进行存储从而完成新用户的注册。

进一步，在步骤二中所述文件加密上传，获取文件存储指针的过程包括：

第一步，用户选择需要加密上传的文件，然后获取系统时间，为文件生成一个索引seq＝ID||Hash(key_pri||t)，其中参数分别代表文件索引、用户身份ID、用户私钥以及时间；

第二步，文件索引与主密钥拼接或进行哈希可以生成对应的文件密钥，使用文件密钥对文件进行对称加密，计算密文文件的哈希值，并将加密结果上传至存储服务器；

第三步，用户获取文件的存储地址。

进一步，在步骤三中所述制定对应的文件访问策略，提交访问策略及文件指针的过程包括：

第一步，用户根据规定的格式(identity_acc,＜identity_pro,N_j＞,ro,＜t_s,t_e＞)定制访问策略，其中各个参数的含义分别是：访问者的身份标识、数据拥有者的身份标识、数据索引信息、被允许访问的用户身份集、允许访问起始时间和结束时间。用户根据自身对文件安全性和共享的要求制定详细的访问策略，包括访问对象，访问时间限制；

第二步，将文件索引号、文件指针地址、文件密文哈希值及对应的文件访问策略作为一个完成的事务提交至系统的矿池中。

进一步，在步骤四中所述记账节点达成共识将信息写入区块链账本的过程包括：

第一步，记账节点的选取使用DPOS共识算法，类似于董事会投票。系统会定期进行选举选取记账节点，在选举期间系统中的每一个用户都有一次投票权，每一个用户都可以成为被选举人，选举结束后，超过系统规定票数的用户可以成为记账节点，参与共识；

第二步，成为记账节点后，记账节点从矿池中获取事务信息，写入区块链账本，然后全网广播；

第三步，其他记账节点收到广播信息后，通过广播信息中的签名验证信息的真实性，达成共识，之后全网同步更新账本信息；

第四步，成功记账的节点就可以获取证书机构签名的令牌作为奖励，记账节点可以通过令牌从文件拥有者手中获取作为奖励的文件的解密密钥。

进一步，在步骤五中所述文件下载解密的过程包括：

文件拥有者的下载解密：

第一步，根据文件指针下载密文文件；

第二步，在用户端获取文件的解密密钥进行解密。

共享用户下载解密：

第一步，下载用户向记账节点发出请求，并提交身份信息，记账节点读取区块链账本中对应文件的访问策略验证用户是否符合该访问策略；

第二步，如果记账节点验证用户通过访问策略，首先查询自己的文件列表中是否包含用户所需文件，如果记账节点拥有该文件，就利用访问用户的公钥加密文件密钥发送至下载用户；

第三步，记账节点文件列表中没有用户请求文件，记账节点为用户颁发拥有记账节点签名的令牌，访问用户利用令牌向文件拥有者发出请求获取文件密钥；

第四步，文件拥有者验证令牌上记账节点的签名，利用访问用户的公钥加密文件密钥发送至访问用户；

第五步，访问用户下载密文文件，用自己的私钥解密文件密钥，再用文件密钥解密文件获取文件明文。

本发明的另一目的在于提供一种所述基于区块链的安全文件存储和共享方法的基于区块链的安全文件存储和共享系统，所述基于区块链技术的安全文件存储和共享系统包括：

存储服务器，用于存储密文文件，不存储文件的解密密钥；

区块链账本，用于记录文件的索引、指针、哈希以及访问策略；

记账节点，通过区块链账本上的信息验证发出访问请求的用户是否可以获取文件密钥；

用户，对文件进行加密操作上传密文文件，指定文件的访问策略并提交给记账节点，或者向记账节点发出共享文件的请求，下载密文文件进行解密。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：使用的区块链技术保证了分布式账本中的信息的不可篡改，账本上的文件密文哈希值保证了文件的完整以及不可篡改，账本上的访问策略实现了文件的高效共享。本发明利用区块链技术能够实现用户对文件的完全控制，以确保文件的存储与共享安全；用户在客户端实现文件的加解密，并以密文形式将文件存储于服务器端，将与文件对应的文件指针写入区块链账本中；同时用户可以为文件定制细粒度的访问策略，并将其写入区块链账本当中，文件拥有者可以直接下载文件进行解密，其他系统用户在获取文件的过程中需要进行身份验证，只有满足访问策略的用户可以获取解密密钥进而再解密文件即最终获取文件。本发明确保了用户数据的安全性，用户使用简单方便，传统的公私钥密码技术使得文件能够安全存储；区块链技术本身账本的不可篡改性进一步保证了文件的完整可用，同时使得用户可以针对不同文件制定不同的访问策略，在共享文件的同时实现了对文件的完全控制；实现了基于该系统的用户控制的文件加密上传、细粒度的访问控制以及在系统内的文件安全共享。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于区块链的安全文件存储和共享方法流程图。

图2是本发明实施例提供的基于区块链的安全文件存储和共享系统结构示意图。

图3是本发明实例提供的基于区块链的安全文件存储和共享方法流程图。

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明主要包括文件的加密上传、访问策略的制定、账本信息的同步、密钥的获取、下载解密等操作。文件的加密上传、下载解密以及访问策略的制定都由用户完成，账本信息的同步以及共享用户的身份验证由记账节点负责。用于存储数据的第三方存储机构仅拥有文件密文；用于进行文件加密解密操作的是用户端，文件的访问控制策略由用户个性化定制完成。使用的区块链技术保证了分布式账本中的信息的不可篡改，账本上的文件密文哈希值保证了文件的完整以及不可篡改，账本上的访问策略实现了文件的高效共享。

如图1所示，本发明实施例提供的基于区块链的安全文件存储和共享方法包括以下步骤：

S101：利用区块链技术实现文件的安全存储与共享；

S102：用户对文件进行加密上传处理，获取文件指针，在记账节点将制定的访问策略与指针写入区块链账本后，可以获取部分文件作为激励；

S103：其他用户满足访问策略后可以从临近记账节点或文件拥有者获取文件密钥解密文件获得最终明文文件。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。

如图1所示，本发明实施例的基于区块链的安全文件存储和共享系统主要包括：用户，记账节点，区块链账本，存储服务器；

存储服务器用于存储密文文件，但是并不存储文件的解密密钥；区块链账本上记录文件的索引、指针、哈希以及访问策略；记账节点可以通过区块链账本上的信息验证发出访问请求的用户是否可以获取文件密钥；用户则是对文件进行加密，上传密文文件，制定文件的访问策略并提交给记账节点，或者向记账节点发出共享文件的请求，下载密文文件进行解密。

为了更好地理解本发明实施例中的方法与过程，选取一次密文共享过程来进行详细说明，该过程的参与者主要包括以下四方：用户A(进行文件加密上传、文件下载解密以及访问策略的制定)，用户B(进行文件加密上传、文件解密下载以及获取共享文件)，记账节点(添加区块以及同步账本信息)以及数据存储服务器；其中用户A是数据的拥有者，对文件有控制权；用户B是文件的访问者，在经过记账节点进行身份验证后可以获取文件；记账节点负责区块链账本的添加以及访问者的身份验证；存储服务器以密文形式存储文件数据。

如图2所示，本发明实施例提供的基于区块链的安全文件存储和共享方法包括以下步骤：

(1)系统初始化：

为了实现共享以及用户身份的合法验证，用户A与用户B在首次登录系统的时候需要进行初始化。初始化过程包括：

1a)用户A和B接入系统时，需要提供身份属性信息，然后证书颁发机构会根据用户提供的信息及系统自身状态为用户办法独一无二的数字证书；

1b)在用户端会为拥有证书的合法用户生成公私钥对，存储在用户端由用户控制；

1c)用户端通过本地函数调用在本地生成安全随机数，将用户私钥与安全随机数作为参数通过哈希函数生成主密钥，保存在用户端；

1d)将生成的用户A和B的公钥上传至证书机构的用户注册信息列表中，进行存储从而完成新用户的注册。

(2)文件加密上传，获取文件存储指针

2a)用户A选择需要加密上传的文件，然后获取系统时间，为文件生成一个索引seq＝ID||Hash(key_pri||t)，其中参数分别代表文件索引、用户身份ID、用户私钥以及时间；

2b)用户A文件索引与主密钥拼接或进行哈希可以生成对应的文件密钥，使用文件密钥对文件进行对称加密，计算密文文件的哈希值，并将加密结果上传至存储服务器；

2c)用户获取文件的存储地址。

(3)用户制定对应的文件访问策略，提交访问策略、文件指针及密文哈希值

3a)用户A根据规定的格式(identity_acc,＜identity_pro,N_j＞,ro,＜t_s,t_e＞)定制访问策略，其中各个参数的含义分别是：访问者的身份标识、数据拥有者的身份标识、数据索引信息、被允许访问的用户身份集、允许访问起始时间和结束时间。用户根据自身对文件安全性和共享的要求制定详细的访问策略，包括访问对象，访问时间限制；

3b)将文件索引号、文件指针地址、文件密文哈希值及对应的文件访问策略提交至系统的矿池中。

(4)记账节点达成共识将信息写入区块链账本

4a)记账节点的选取使用DPOS共识算法，类似于董事会投票。系统会定期进行选举选取记账节点，在选举期间系统中的每一个用户都有一次投票权，每一个用户都可以成为被选举人，选举结束后，超过系统规定票数的用户可以成为记账节点，参与共识；

4b)成为记账节点后，记账节点从矿池中获取信息，写入区块链账本，然后全网广播；

4c)其他记账节点收到广播后，达成共识，全网同步更新账本信息；

4d)成功记账的节点就可以获取证书机构签名的令牌作为奖励，记账节点可以通过令牌从文件拥有者手中获取作为奖励的文件的解密密钥。

(5)文件下载解密

5a)访问用户B向记账节点发出请求，并提交身份信息，记账节点验证用户B是否符合下载文件的访问策略；

5b)如果记账节点验证用户B通过访问策略，首先查询自己的文件列表中是否包含用户B所需文件，如果记账节点拥有该文件，就利用用户B的公钥加密文件密钥发送给用户B；

5c)记账节点文件列表中没有用户B请求的文件，记账节点为用户B颁发拥有记账节点签名的令牌，用户B利用令牌向用户A发出请求获取文件密钥；

5d)用户A验证令牌上记账节点的签名，利用用户B的公钥加密文件密钥发送至用户B；

5e)用户B下载密文文件，用自己的私钥解密文件密钥，再用文件密钥解密文件获取文件明文。

证明部分(具体实施例/实验/仿真/药理学分析/)

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 (9)

1.一种基于区块链的安全文件存储和共享方法，其特征在于，所述基于区块链的安全文件存储和共享方法利用区块链技术实现文件的安全存储与共享；用户对文件进行加密上传处理，获取文件指针，在记账节点将制定的访问策略、文件指针与密文文件哈希写入区块链账本后，获取部分文件作为激励；其他用户满足访问策略后可以从临近记账节点或文件拥有者获取文件密钥解密文件获得最终明文文件。

2.如权利要求1所述的基于区块链的安全文件存储和共享方法，其特征在于，所述基于区块链的安全文件存储和共享方法包括以下步骤：

步骤一，用户在接入系统时进行初始化，证书授权机构会为新用户颁发数字证书，包含有用户独一无二的序列号及用户的身份信息；同时获取自己的公私钥对，通过对私钥及产生的随机数进行哈希计算得到主密钥，将主密钥与随机数保存于用户端；

步骤二，文件加密上传，获取文件存储指针及文件哈希值；

步骤三：制定对应的文件访问策略，提交访问策略、文件指针及密文哈希值；

步骤四：记账节点达成共识将信息写入区块链账本；

步骤五：文件下载解密；

步骤五：保存明文文件，结束。

3.如权利要求2所述的基于区块链的安全文件存储和共享方法，其特征在于，在步骤一中的初始化过程包括：

第一步，用户接入系统时，需要提供身份属性信息，然后证书颁发机构会根据用户提供的信息及系统自身状态为用户办法独一无二的数字证书；

第二步，用户端会为拥有证书的合法用户生成公私钥对，存储在用户端由用户控制；

第三步，用户端通过本地函数在本地生成安全随机数，将用户私钥与安全随机数作为参数通过哈希函数生成主密钥，保存在用户端；

第四步，将生成的用户公钥上传至证书机构的用户注册信息列表中，进行存储从而完成新用户的注册。

4.如权利要求2所述的基于区块链的安全文件存储和共享方法，其特征在于，在步骤二中所述文件加密上传，获取文件存储指针及密文文件哈希值的过程包括：

第一步，用户选择需要加密上传的文件，然后获取系统时间，为文件生成一个索引；

第二步，利用文件索引与主密钥，用户为文件生成对应的文件密钥，使用文件密钥对文件进行加密，计算密文哈希值，并将加密结果上传；

第三步，用户获取文件的存储地址。

5.如权利要求2所述的基于区块链的安全文件存储和共享方法，其特征在于，在步骤三中所述制定对应的文件访问策略，提交访问策略、文件指针及哈希值的过程包括：

第一步，用户根据自身对文件安全性和共享的要求制定详细的访问策略，包括访问对象，访问时间限制；

第二步，将文件索引号、文件指针、密文文件哈希值及对应的文件访问策略提交至系统的矿池中。

6.如权利要求2所述的基于区块链的安全文件存储和共享方法，其特征在于，在步骤四中所述记账节点达成共识将信息写入区块链账本的过程包括：

第一步，记账节点的选取是通过系统用户投票产生的，系统会定期进行选举选取记账节点，在选举期间系统中的每一个用户都有一次投票权，每一个用户都可以成为被选举人，选举结束后，超过系统规定票数的用户可以成为记账节点，参与共识；

第二步，成为记账节点后，记账节点从矿池中获取事务信息，写入区块链账本，然后全网广播；

第三步，其他记账节点收到广播信息后，通过广播信息中的签名验证信息的真实性，达成共识，之后全网同步更新账本信息；

第四步，成功记账的节点就可以获取证书机构签名的令牌作为奖励，记账节点可以通过令牌从文件拥有者手中获取作为奖励的文件的解密密钥。

7.如权利要求2所述的基于区块链的安全文件存储和共享方法，其特征在于，在步骤五中所述文件下载解密的过程包括：

文件拥有者的下载解密：

第一步，根据文件指针下载密文文件；

第二步，在用户端获取文件的解密密钥进行解密；

共享用户下载解密：

第一步，下载用户向记账节点发出请求，并提交身份信息，记账节点读取区块链账本中对应文件的访问策略验证用户是否符合该访问策略；

第二步，如果记账节点验证用户通过访问策略，首先查询自己的文件列表中是否包含用户所需文件，如果记账节点拥有该文件，就利用下载用户的公钥加密文件密钥发送至下载用户；

第三步，记账节点文件列表中没有用户请求文件，记账节点为用户颁发拥有记账节点签名的令牌，下载用户利用令牌向文件拥有者发出请求获取文件密钥；

第四步，文件拥有者验证令牌上记账节点的签名，利用下载用户的公钥加密文件密钥发送至下载用户；

第五步，下载用户下载密文文件，用自己的私钥解密文件密钥，再用文件密钥解密文件获取文件明文。

8.一种如权利要求1所述基于区块链的安全文件存储和共享方法的基于区块链的安全文件存储和共享系统，其特征在于，所述基于区块链技术的安全文件存储和共享系统包括：

存储服务器，用于存储密文文件，不存储文件的解密密钥；

区块链账本，用于记录文件的索引、指针、哈希以及访问策略；

记账节点，通过区块链账本上的信息验证发出访问请求的用户是否可以获取文件密钥；

用户，对文件进行加密操作上传密文文件，指定文件的访问策略并提交给记账节点，或者向记账节点发出共享文件的请求，下载密文文件进行解密。

9.一种应用权利要求1～7任意一项所述基于区块链的安全文件存储和共享方法的云存储系统。