基于LWE-CPABE的区块链数据共享方法、设备和存储介质

摘要

本发明公开了一种基于LWE‑CPABE的区块链数据共享方法、设备和存储介质，所述方法包括以下步骤：数据访问者设置访问控制策略，基于访问控制策略生成主密钥和公钥，将公钥发送至区块链存储，主密钥委托密钥中心保管，并将要发布的数据加密成密文，上传至第三方存储，第三方存储将密文存储地址发送至区块链；数据使用者从密钥中心获取主密钥，之后合成用户属性密钥，利用用户属性密钥对获取的密文进行解密，完成数据共享；本发明数据共享的安全性和效率较高，能方便地对访问控制策略进行更新，更新过程中计算量小，节省了更多的密钥空间成本和加密时间成本。

权利要求

1.基于LWE‑CPABE的区块链数据共享方法，其特征在于，包括以下步骤：数据拥有者设置访问控制策略，基于访问控制策略生成主密钥和公钥，将公钥发送至区块链，主密钥委托密钥中心保管，并将要发布的数据加密成密文，将密文上传至第三方存储TPS，第三方存储将密文的存储地址上传至区块链BC；

数据使用者从密钥中心获取主密钥，之后利用自身属性集合生成用户属性私钥；

数据使用者从区块链获取密文存储地址，并在第三方存储搜索该地址获得密文，利用用户属性私钥解密获得密文，完成数据共享；

当访问控制策略更新时，数据拥有者根据新访问控制策略生成策略密文，并将其发送至第三方存储，撤销原始的密文，第三方存储根据策略密文对原始密文的部分密文进行修改，生成新的密文；

在根据策略更新时，数据拥有者DO生成新的访问控制策略(M′,ρ′)，之后运行AccGen算法得到更新 后的 策略密文 其中 ，ci ′＝sAρ′(i)+ei ，Mi′,j为更新的访问控制矩阵i行j列的

元素；

其中s为取自 的随机矢量，ei为取自 的随机噪声， 表示m维度的lwe离散高斯分布，为取自 的随机噪声， 为离散高斯分布的噪声分布，y为取自 的均匀分布的随机向量，T为转置符号， 表示m维度的模q的剩余类群,Mi′,1为更新的访问控制矩阵i行l列的元素，vj为取自 的随机矢量；

随后生成策略更新交易：

TxAccGen＝{DO,TPS,A,U,Timestamp,UpdateCT,CheckText,SignDO}发送给第三方存储TPS，同时生成原密文撤销交易TxAccUpdate＝{DO,BC,A,R,Timestamp,CT,CheckText,SignDO}，发送至区块链以更新密文信息，并告知数据使用者DU；

第三方存储TPS获取更新的策略密文后，将从原密文CT中获取的部分密文C输入更新的访问控制策略密文 运行AccUpdate算法生成更新后的密文CT′：其中M′为更新的访问控制矩阵，ρ′为更新的属性映射函数，ci′、 表示更新后的访问控制策略密文的两个部分， ρ(′i)为更新的访问控制矩阵M′中第i行的行指定属性；

其中l表示属性对应的列，A表示访问控制策略消息，D表示数据类消息，OpType表示操作类型，包括发布操作P、更新操作U和撤销操作R，Timestamp表示交易发布的时间戳，CheckText表示数据域的数字摘要，Sign表示交易发起方的签名。

2.根据权利要求1所述的基于LWE‑CPABE的区块链数据共享方法，其特征在于，参与数据共享的各参与方通过交易进行数据共享，所述交易Tx的格式如下：Tx＝{From,To,TxType,OpType,Timestamp,Data,CheckText,Sign}其中From表示交易发起方，To表示交易接收方，TxType表示交易类型，包括访问控制策略消息A和数据类消息D，OpType表示操作类型，包括发布操作P、更新操作U和撤销操作R，Timestamp表示交易发布的时间戳，Data表示交易包含的数据体，CheckText表示数据域的数字摘要，Sign表示交易发起方的签名。

3.根据权利要求2所述的基于LWE‑CPABE的区块链数据共享方法，其特征在于，各参与方通过智能合约进行交易生成和验证，具体过程如下：交易发起方对输入的交易请求数据进行格式化得到各参数：TxType、OpType、Timestamp和Data，计算交易包含的数据体Data的数字摘要CheckText和交易数字摘要MD，其中CheckText＝H(Data)，MD＝H(From,To,TxType,OpType,Timestamp,Data,CheckText)；

其中From表示交易发起方，To表示交易接收方；

使用交易发起方的区块链私钥BSK生成数字签名，Sign＝SignBSK(MD)；

生成交易Tx＝{From,To,TxType,OpType,Timestamp,Data,CheckText,Sign}；

交易验证方接收到交易后，验证交易发起方的数字签名，若数字签名验证通过，则从交易中获取包含的数据体，计算其哈希值得到数据体的数字摘要；

验证数据体的数字摘要与交易中包含的CheckText是否一致，若一致则交易验证成功，若不一致则交易验证失败。

4.根据权利要求1所述的基于LWE‑CPABE的区块链数据共享方法，其特征在于，密文的加密过程如下：数据拥有者选择安全系数λ、LSSS矩阵支持的最大宽度和用户属性集合，运行Setup算法生成公钥PK和主密钥MSK；

数据拥有者制定访问控制策略(M,ρ)，M为访问控制矩阵，ρ为属性映射函数；

将公钥PK、明文m′和访问控制策略(M,ρ)作为输入，运行ENC算法得到密文CT；

其中 c；＝sAρ(i)+ei， i为

访问控制矩阵中属性对应的行，j∈(2，…，smax)，l为属性对应的列，s为取自 的随机矢量，y为取自 的均匀分布的随机向量，T为转置符号，ρ(i)为访问控制矩阵M中第i行的行指定属性，Aρ(i)、Hρ(i)为以ρ(i)为输入的两种不同的哈希函数，ei为取自 的随机噪声， 表示m维度的lwe离散高斯分布，Mi,j为访问控制矩阵i行j列的元素， 为取自 的随机噪声，为离散高斯分布的噪声分布，vj为取自 的随机矢量，m表示维度， 表示m维度的模q的剩余类群；

C为取自密文CT的部分密文，ci′、 表示更新后的访问控制策略密文的两个部分，smax表示LSSS矩阵支持的最大宽度， 表示模数为q、长度为n的随机向量，lwe表示容错学习问题。

5.根据权利要求4所述的基于LWE‑CPABE的区块链数据共享方法，其特征在于，密文的解密过程如下：设I为访问控制矩阵M的一组行索引，满足 其中U′为用户属性集合U的子集，重构系数ωi∈{0,1}，且∑i∈IωiMi＝(1,0,…,0)，Mi为矩阵M的第i行，则：当属性满足时 K为非对称密钥，C为取自密文CT的部分密文, 表示kρ(i)的转T置，t表示t的转置；kρ(i)为满足ρ(i)的向量； 表示从 中任选一随机向量。

6.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器和通信总线，其中，处理器、存储器通过通信总线完成相互间的通信；

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1‑5任一所述的方法步骤。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1‑5任一所述的方法步骤。

说明书

基于LWE‑CPABE的区块链数据共享方法、设备和存储介质

技术领域

[0001] 本发明属于区块链技术领域，特别是涉及一种基于LWE‑CPABE的区块链数 据共享方法、设备和存储介质。

背景技术

[0002] 随着区块链技术的不断普及，使用区块链在弱信任或无信任网络中进行数据 共享变得非常流行，但由于区块链“不可篡改”和“公开透明”的特点，使得区 块链上的隐私数据保护成为了新的挑战；近年来，众多学者针对区块链上的隐私 保护和数据共享提出了新的解决方案，其中，基于属性的加密算法由于其一对多 加密和可以实现细粒度访问控制等优点，被广泛应用在区块链的各种方案中，如 数据溯源、云存储、医疗数据共享和物联网等。

[0003] 属性基加密(attribute‑based encryption，简称ABE)来源于Sahai和Waters在 2005年提出的基于模糊身份(Fuzzy identity)加密，后演变为基于属性的加密，其 中，密钥策略属性基加密(Key policy attribute based encryption，简称KP‑ABE)中， 密文与属性关联，密钥与访问策略关联；密文策略属性基加密(Ciphertext policy attribute based encryption，简称CP‑ABE)中，密钥与属性关联，密文与访问策略 关联，允许数据拥有者自由制定访问控制策略，更适用于分布式存储和解密方不 确定的环境。

[0004] 近些年关于ABE的研究主要集中于计算效率、访问策略及属性隐藏和身份 管理，2007年，Bethencourt等人详细描述了密文策略属性基加密(CP‑ABE)算法， 针对一个解密的对象群体，利用用户相关属性及用户对象间的相互信任关系作为 授权依据，设计访问控制结构，通过一个中心权威构建加解密原语，只有当属性 满足访问结构时，用户才能成功解密密文，从而实现了一对多加密以及细粒度的 访问控制；2011年Waters在标准模型下证明了CP‑ABE的安全性，并提出一个 采用线性秘密共享方案实现秘密共享的CP‑ABE，在效率上有了明显的提升； 2012年，Okamoto等人提出第一个无界内积属性基加密方案，解除了以往属性 基加密方案对谓词和属性大小的限制；2013年，Gorbunov提出了基于多项式逻 辑电路的属性基加密方案，其公开参数和密文大小随着电路深度线性增长，实现 了由基于布尔公式向基于电路的转变，可有效抵御合谋攻击；2014年，Waters 受Rouselakis等人提出的属性基加密方案启发，提出Online‑Offline属性基加密 方案，将所有配对操作进行离线处理，减少了在线阶段的计算开销。

[0005] 但是，随着量子计算的不断发展，基于数论问题的困难性将会极大降低，以 数论为基础的传统公钥密码体系面临着被破解的风险，格密码采用格困难问题作 为格密码构造的安全性基础，拥有最困难情况假设下无法求解的安全性，可以很 好地抵抗量子攻击；目前，被证明安全的格困难问题主要有小整数解问题(Small integer Solution Problem，简称SIS)和容错学习问题(Learning with errors Problem， 简称LWE)，两种困难问题均从最坏情况理想格问题向一般变种问题归约，且计 算效率高、易存储，目前，基于格的加密方案相继被提出，但主要集中于基于身 份加密、数字签名和零知识证明等，2021年5月，Datta等人基于LWE困难问 题，构造了一种基于密文策略的属性基加密算法，实现了可抵抗量子攻击的 CPABE方案，但该方案仅支持定向加解密，当数据使用者群体发生变化时，无 法进行策略更新。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种基于LWE‑CPABE的区块链数据共享方法、设备 和存储介质，在数据使用者群体发生变化时，能方便地对访问控制策略进行更新， 而无需对发布的数据进行重复加密，节省了更多的密钥空间成本和加密时间成 本，实现数据的正确性和完整性验证，实现数据的可追溯性，提高数据共享的安 全性和效率。

[0007] 本发明所采用的技术方案是，基于LWE‑CPABE的区块链数据共享方法，包 括以下步骤：

[0008] 数据拥有者设置访问控制策略，基于访问控制策略生成主密钥和公钥，将公 钥发送至区块链，主密钥委托密钥中心保管，并将要发布的数据加密成密文，将 密文上传至第三方存储，第三方存储将密文的存储地址上传至区块链；

[0009] 数据使用者从密钥中心获取主密钥，之后利用自身属性集合生成用户属性私 钥；

[0010] 数据使用者从区块链获取密文存储地址，并在第三方存储搜索该地址获得密 文，利用用户属性私钥解密获得密文，完成数据共享；

[0011] 当访问控制策略更新时，数据拥有者根据新访问控制策略生成策略密文，并 将其发送至第三方存储，撤销原始的密文，第三方存储根据策略密文对原始密文 的部分密文进行修改，生成新的密文。

[0012] 进一步的，参与数据共享的各参与方通过交易进行数据共享，所述交易Tx的 格式如下：

[0013] 其中From表示交易发起方，To表示交易接收方，TxType表示交易类型， 包括访问控制策略消息A和数据类消息D，OpType表示操作类型，包括发布 操作P、更新操作U和撤销操作R，Timestamp表示交易发布的时间戳，Data 表示交易包含的数据体，CheckText表示数据域的数字摘要，Sign表示交易发 起方的签名。

[0014] 进一步的，各参与方通过智能合约进行交易生成和验证，具体过程如下：

[0015] 交易发起方对输入的交易请求进行格式化得到各参数：TxType、OpType、 Timestamp和Data，计算交易包含的数据体的数字摘要CheckText和交易数字 摘要MD，其中CheckText＝H(Data)， MD＝H(From,To,TxType,OpType,Timestamp,Data,CheckT ext)；

[0016] 使用交易发起方的区块链私钥BSK生成数字签名，Sign＝SignBSK(MD)； 生成交易 Tx＝{From,To,TxType,OpType,Timestamp,Data,CheckText,Sign}；

[0017] 交易验证方接收到交易后，验证交易发起方的数字签名，若数字签名验证通 过，则从交易中获取包含的数据体，计算其哈希值得到数据体的数字摘要；

[0018] 验证数据体的数字摘要与交易中包含的CheckText是否一致，若一致则交易 验证成功，若不一致则交易验证失败。

[0019] 进一步的，密文的加密过程如下：

[0020] 数据拥有者选择安全系数λ、LSSS矩阵支持的最大宽度和用户属性集合， 运行Setup算法生成公钥PK和主密钥MSK；

[0021] 数据拥有者制定访问控制策略(M,ρ)，M为访问控制矩阵，ρ为属性映射函 数；

[0022] 将公钥PK、明文m′和访问控制策略(M,ρ)作为输入，运行ENC算法得到密 文CT；

[0023]

[0024] 其中 ，ci＝sAρ(i)+ei， i为访问控制矩阵中属性对 应的行，j
∈(2，…，smax)，l为属性对应的列，s为取自 的随机矢量，y为取 自 的均匀分布的随机向量，T为转置符号，ρ(i)为访问控制矩阵M中第i行 的行指定属性，Aρ(i)、Hρ(i)为以ρ(i)为输入的两种不同的哈希函数，ei为取自 的随机噪声， 表示m维度的lwe离散高斯分布，Mi,j为访问控制矩阵i行j列 的元素，为取自 的随机噪声， 为离散高斯分布的噪声分布，vj为取自 的随机矢量，m表示维度， 表示m维度的模q的剩余类群。

[0025] 进一步的，密文的解密过程如下：

[0026] 设I为访问控制矩阵M的一组行索引，满足 其中U′为用 户属性集合U的子集，重构系数ωi∈{0,1}，且∑i∈IωiMi＝(1,0,…,0)，Mi为矩 阵M的第i行，则：

[0027]

[0028]

[0029] 当属性满足时 K为非对称密钥，C为取自密文CT的部分密文。

[0030] 进一步的，当访问控制策略发生更新时，更新后的密文CT′如下：

[0031]

[0032] 其中M′为更新的访问控制矩阵，ρ′为更新的属性映射函数、ci′、 表示更 新后的访问控制策略密文，ci′＝sAρ′(i)+ei， ρ′(i)为更新的访问控制矩阵 M′中第i行的行指定属性，Mi,j为更新的访问控制矩阵i行j列的元素。

[0033] 一种电子设备，包括处理器、存储器和通信总线，其中，处理器、存储器通 过通信总线完成相互间的通信；

[0034] 存储器，用于存放计算机程序；

[0035] 处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述的方法步骤。

[0036] 一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序， 所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法步骤。

[0037] 本发明的有益效果是：

[0038] 1、本发明实施例定义了适用于LWE‑CPABE算法的可公开验证数据的格式 化交易结构，将抗量子攻击的LWE‑CPABE算法应用于区块链中，设计交易生成 算法和交易验证合约，实现交易内数据和外包存储数据的正确性和完整性验证， 提高数据共享的安全性；

[0039] 2、本发明实施例能够支持访问控制策略更新，当数据使用群体发生变化时， 无需对数据发布者发布的数据进行重新加密，更新过程中计算量小，节省了更多 的密钥空间成本和加密时间成本，秩序更新访问控制策略，提高数据共享的效率。

附图说明

[0040] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的 附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造 性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0041] 图1是本发明实施例的流程图。

[0042] 图2是本发明实施例与现有技术的属性数量‑初始化时间关系图。

[0043] 图3是本发明实施例与现有技术的属性数量‑加密时间关系图。

[0044] 图4是本发明实施例与现有技术的属性数量‑私钥合成时间关系图。

[0045] 图5是本发明实施例与现有技术的属性数量‑解密时间关系图。

具体实施方式

[0046] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全 部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳 动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0047] 如图1所述，基于LWE‑CPABE的区块链数据共享方法，具体包括以下步骤：

[0048] S1、设置访问控制策略，数据拥有者DO基于LSSS访问控制策略生成主密 钥MSK和公钥PK，将公钥PK发送至区块链BC，主密钥MSK委托密钥中心 KA保管，并基于公钥PK和访问控制策略对需要发布的数据进行加密得到密文， 将密文上传至第三方存储TPS，第三方存储TPS将存储地址上传至区块链BC；

[0049] S2、数据使用者DU从密钥中心KA获取主密钥MSK，之后利用自己的属 性集合生成用户属性私钥SK；

[0050] 数据使用者DU从区块链BC上获取密文的存储地址，并在第三方存储TPS 上搜索该地址获得相应的密文，并利用用户属性私钥SK进行解密获得明文，完 成数据共享。

[0051] S3、数据共享结束后，共识网络CN运行PBFT算法对数据交易进行共识和 交易记录更新，所述共识网络由区块链中的各记账节点组成。

[0052] 所述基于LWE‑CPABE的区块链数据共享方法中，参与数据共享的各参与方 通过交易的方式进行数据流转，其中使用的数据交易Tx格式如下：

[0053] Tx＝{From,To,TxType,OpType,Timestamp,Data,CheckText,Sign}

[0054] 其中From表示交易发起方，To表示交易接收方，TxType表示交易类型， 包括访问控制策略消息A和数据类消息D，OpType表示操作类型，包括发布 操作P、更新操作U和撤销操作R，Timestamp表示交易发布的时间戳，Data 表示交易包含的数据体，CheckText表示数据域的哈希值，Sign表示交易发起 方的签名。

[0055] 为保证交易的真实性、完整性和可追溯性，各参与方均通过智能合约的方式 进行交易的生成和验证，交易验证、共识与交易记录更新均由共识网络CN运行 PBFT算法来完成，所述交易参与方包括数据拥有者、数据使用者、区块链、密 钥中心、第三方存储，所述共识网络由区块链中各记账节点组成。

[0056] 所述交易生成合约如下所示：

[0057] 交易发起方对其输入的交易请求进行格式化得到各参数：TxType、 OpType、Timestamp和Data，计算数据域中相关数据的数字摘要CheckText和 交易数字摘要MD，其中CheckText＝H(Data)， MD＝H(From,To,TxType,OpType,Timestamp,Data,CheckT ext)；

[0058] 使用交易发起方的区块链私钥BSK对该交易进行数字签名， Sign＝SignBSK(MD)；

[0059] 最后生成交易 Tx＝{From,To,TxType,OpType,Timestamp,Data,CheckText,Sign}。

[0060] 交易生成后广播至共识网络被其他节点验证，区块链中节点可通过 CheckText和签名Sign对该交易进行快速验证，交易验证合约算法如下：

[0061] 计算除签名字段外的交易数字摘要MD′，

[0062] MD′＝H(From,To,TxType,OpType,Timestamp,Data,CheckT ext)

[0063] 使用区块链公钥BPK对交易的数字签名进行解密得到交易数字摘要， MD＝ComputeBPKSign，若MD′＝MD，则从交易中获取数据域数据Data， 计算数据域数据的哈希值CheckText′＝H(Data)，若CheckText′＝CheckText， 则输出True，交易验证成功，否则输出False，交易验证失败。

[0064] 当该交易获得节点验证成功并全网共识后，记账节点会打包交易、出块并全 网广播，最终由交易接收方接收并同步至区块链。

[0065] 所述S1中数据加密的过程如下：

[0066] S1‑1，数据拥有者DO选择安全系数λ、LSSS矩阵支持的最大宽度smax和 用户属性集合U，运行Setup算法生成公钥PK和主密钥MSK，具体计算过程 如下：

[0067] 选择一个LWE模q、维数n、m和噪声分布χlwe、χ1、χ2、χbig，χlwe为 用于LWE安全性的噪声分布，χ1、χ2均为用于陷门函数采样的噪声分布，χbig为用于对密钥隐藏的噪声分布；

[0068] 选择一个均匀分布的随机向量 和随机矩阵 表示模 数为q、长度为n的随机向量， 表示模数为q的n行m列随机矩阵，随机 向量y取自 {Hu}u∈U取自 u为用户属性；

[0069] 使用TrapGen进行陷门计算， Au表示普通函数， 表示单向陷门函数，则

[0070]

[0071] S1‑2，数据拥有者DO生成交易： TxUploadPK＝{DO,BC,A,P,Timestamp,PK,CheckText,SignDO}，将公钥PK传送 至区块链BC；

[0072] 数据拥有者DO还使用密钥中心KA的区块链公钥对主密钥MSK进行加密 得到CTMSK，并生成交易 TxUploadMSK＝{DO,KA,A,P,Timestamp,CTMSK,CheckText,SignDO}，将主密钥的密 文发送至密钥中心KA；

[0073] S1‑3，数据加密，数据拥有者DO制定访问控制策略(M,ρ)，其中M为访问 控制矩阵，ρ为属性映射函数，将访问控制矩 阵映射到属性集合U，之后输入公钥PK、明文m′和访问控制策略，运行ENC 算法得到密文，其中i表示访问控制矩阵中属性对应的行，j∈(2，…，smax)，l表 示属性对应的列， 是表示模数为q的l行smax列的随机矩阵；

[0074] 具体过程如下：

[0075] 生成访问控制策略(M,ρ)；

[0076] 从 中任选一个随机矢量s，从 中任取一个矢量vj；

[0077] 对于任意一个i∈[l]，存在随机噪声 和 为一个 离散高斯分布，m表示维度， 表示m维度的模q的剩余类群， 表示m维 度的lwe离散高斯分布；

[0078] 计算 由此获得：

[0079]

[0080] 输出密文CT：

[0081]

[0082] Mi,j为更新的访问控制矩阵i行j列的元素，T为转置符号，ρ(i)为访问控制 矩阵M中第i行的行指定属性，Aρ(i)、Hρ(i)为输入为ρ(i)的两种不同的哈希函 数；

[0083] 数据拥有者DO生成交易 TxUploadCT＝{DO,TPS,A,P,Timestamp,CT,CheckText,SignDO}将密文上传至第三方 存储TPS，TPS生成交易 TxCTAddress＝{TPS,BC,A,D,Timestamp,CTAddress,CheckText,SignTPS}将密文地址 上链。

[0084] 所述S2中各数据使用者DU从密钥中心KA处申请获得主密钥，密钥中心 KA生成交易 TxDownloadMSK＝{KA,DU,A,P,Timestamp,CTMSK,CheckText,SignDO}，数据使用者 DU输入自身属性集合U和主密钥MSK，运行KeyGen算法输出与自身属性对 应的用户属性私钥SK，具体过程如下：

[0085] 从噪声分布χ1中任选一个随机向量 令 t为第一个元素为 1，其余m
元素为 的随机向量；Z表示m维度的整数集合；

[0086] 对于任意一个u∈U，从 中任选一随机向量

[0087] 计算 其中 是函数EnSamplePre的输 出结果，σ为控制离散高斯噪声分布χ2范围的参数；

[0088] 输出用户属性私钥SK为：SK＝({ku}u∈U,t)

[0089] 数据使用者DU从区块链BC检索密文地址，通过密文地址CTAddress从TPS 搜索相应的密文并下载至本地，TPS生成交易 TxDownloadCT＝{TPS,DU,D,P,Timestamp,CT,CheckText,SignTPS}进行密文下载 记录，数据使用者DU使用用户属性私钥SK对密文进行解密获取明文。

[0090] 用户属性私钥SK对应于用户属性集合U的某个子集U′∈U，若(1，0，…，0) 不在与U′关联的访问控制矩阵M的行空间中，则解密失败，否则，设I为矩阵 M的一组行索引，并满足 设重构系数 且 ∑i∈IωiMi＝(1,0,…,0)，其中Zq表示模q完全剩余类群，Mi为矩阵M的第i行， 按如下过程进行解密：

[0091]

[0092]T

[0093] 其中K为非对称密钥，ωi为参数，使得 成为sy的随机向量， 当属性满足时， C为取自密文CT的部分密文。

[0094] 当访问控制策略发生变更时，重新对明文进行加密需要耗费更多密钥空间成 本和加密时间成本，在LWE‑CPABE区块链加密协议中，数据使用者可根据原始 密文保留的访问控制策略更新，在根据策略更新时，数据拥有者DO生成新的访 问控制策略(M′,ρ′)，之后运行AccGen算法得到更新后的策略密文  ，其中，ci′＝sAρ′(i)+ei， M′i,j为更新的访问控制矩阵 i行j列
的元素；

[0095] 随后生成策略更新交易： TxAccGen＝{DO,TPS,A,U,Timestamp,UpdateCT,CheckText,SignDO}发送给第三方 存储TPS，同时生成原密文撤销交易TxAccUpdate＝{DO,BC,A,R,Timestamp,CT,CheckText,SignDO}，发送至区块链以 更新密文信息，并告知数据使用者DU。

[0096] 第三方存储TPS获取更新的策略密文后，将从原密文CT中获取的部分密文 C输入更新的访问控制策略密文 运行AccUpdate算法生成更新后的密文 CT′。

[0097]

[0098] 更新后密文仍使用原密文地址，各数据使用者仍可通过上述步骤获取密文并 进行解密。

[0099] 基于LWE‑CPABE的区块链加密协议中，各用户利用格式化的交易结构可快 速高效地检索到各自需要的信息，同时，整个数据流转周期内实现了各节点行为 全过程链上监管，可以更好地进行审计和掌握访问控制动态。

[0100] 本发明实施例中各数据使用者在生成用户属性私钥时，引入了一个均匀独立 分布的随机向量 任意数据使用者用户属性私钥中的随机向量均不相同， 因此本发明实施例涉及的用户属性私钥对任何人都是信息论隐藏的，无法实现合 谋攻击；同时本发明实施例中各节点的所有通信均以交易的方式进行，交易由交 易发起方利用其区块链私钥进行签名，交易接收方通过区块链公钥对数字签名进 行解密，中间人无法通过篡改地址或伪造签名来通过验证，能很好地防止中间人 攻击。

[0101] 本发明实施例中用户属性相关授权过程由用户自己决定，用户可以选择公开 其身份属性，也可以隐藏其身份信息保护隐私，此外，相关数据在链上均为密文， 数据的安全性和真实性通过交易验证算法得到保证，攻击者无法获取用户的相关 信息，做到了抗链接攻击。

[0102] 分别对现有技术和本发明实施例的各功能特性进行对，如表1所示：

[0103] 表1本发明与现有技术的功能特性对比表

[0104]

[0105]

[0106] 现有技术采用q‑PBDHE困难问题假设，即无法在多项式时间内破解私钥和 对单向函数求逆，以可以忽略的概率被破解，但随着量子计算的不断发展，这些 困难问题假设将面临被破解的风险，因此基于此类困难问题构建的密码学方案并 非绝对安全的，本发明实施例基于最高困难的安全类型进行构建，若要破解密码 算法，则需要解决最高情况的困难问题，因此安全性能够得到保证；现有技术构 造的CPABE算法在计算时需进行惩罚运算、模指数运算和双线性映射等开销较 大的运算，而本发明实施例只需进行开销较小的加法运算，极大地提高了运算效 率。

[0107] 分别使用本发明和上述现有技术进行仿真实验，采用一台主机(Intel Core i7‑8750H CPU@2.20GHz，8.0GB RAM,Win10操作系统)，并利用PBC密码库、 PALISADE密码库和编程语言C++来构建实验框架，对性能指标进行选择时，本 发明实施例并未对区块链网络的交易流程进行改动，只是将网络中上链的数据采 用LWE‑CPABE进行加密，不会影响到区块链网络的运行效率，因此，只对 LWE‑CPABE方案的性能指标进行评估。

[0108] 实验中，明文数据设置为308B，因本发明中无需进行模指数、双线性映射 等复杂运算，仅需要进行加法运算，因此在各阶段的时间代价均明显优于现有技 术。

[0109] 如图2、图3所示，随着系统中属性的不断增加，本发明实施例中数据拥有 者在链下初始化和加密所花费的时间明显少于现有技术的方案，对系统的整体效 率实现了极大的提升。

[0110] 如图4所示，在密钥生成阶段，随着属性的不断增加，本发明实施例明显优 于现有技术的方案，在进行多用户、多属性集合的密钥生成时，本发明实施例具 有更强的实用性。

[0111] 如图5所示，在解密阶段，本发明实施例在0～2ms左右，远低于现有技术 方案，因此更适合区块链数据共享。

[0112] 综上所述，使用本发明实施例进行数据共享时，能够保证数据的完整性、真 实性和可溯源性，且该数据共享过程更为安全，能够免除合谋攻击、中间人攻击 和抗链接攻击等，在数据使用者群体发生变化时，支持对访问控制策略进行更新， 更新过程中计算量较小，使数据共享的效率提升。

[0113] 本发明还包含一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储密 钥生成、数据加密、解密、访问控制策略更新等各种计算机程序指令，所述处理 器用于执行所述计算机程序指令完成上述全部或部分步骤，实现对数据的共享； 所述电子设备可以与一个或多个外部设备通信，还可与一个或多个使用户与该电 子设备交互的设备通信，和/或与使得该电子设备能与一个或多个其他计算设备 进行通信的任何设备通信，电子设备还可以通过网络适配器与一个或多个网络 (例如局域网、广域网和/或公共网络)通信。

[0114] 本发明还包括一种存储有计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序可以 被处理器执行实现数据的共享，所述计算机可读介质可以包括但不限于磁存储设 备、光盘、数字多功能盘、智能卡及闪存设备，此外本发明所述的可读储存介质 能代表用于存储信息的一个或多个设备和/或其他机器可读介质，术语“机器可 读介质”包括但不限于能存储、包含和/或承载代码和/或指令和/或数据的无线通 道和各种其他介质(和/或存储介质)。

[0115] 本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似 的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤 其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单， 相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

[0116] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本 发明的保护范围内。