面向非许可区块链的条件匿名方案研究

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区块链技术被认为是近年来最具颠覆性和革命性的技术之一,具有去中心化、防篡改、开放、自治、公开可验证等特性,成为学术界、企业界和政府部门研究的热点。区块链交易的公开可验证虽然保障了去中心化和自治性,但透明的交易信息与确定的资金流向会泄露用户的隐私。Zcash、Monero等具有隐私保护功能的密码货币应运而生,实现了用户身份的无条件匿名。然而,这种无条件匿名性在保护用户隐私的同时为不法分子的恶意行径提供了天然屏障,给监管机构的追查和问责带来了极大的挑战。相比于需要身份注册的许可区块链,不法分子往往更倾向于在隐私保护等级更高的非许可区块链中进行违法行为,因此,在非许可区块链场景下实现安全高效的可追踪匿名方案,即条件匿名方案,具有非常重要的研究价值。现有的非许可区块链条件匿名方案采用可链接环签名技术(Linkable Ring Signature,简称LRS)实现匿名用户的可追踪性。然而,基于LRS的方案会产生大量易被敌手利用的非受控随机数(Uncontrolled randomness),引发密钥泄漏、隐蔽传输等安全问题。同时,这些随机数会占用区块链大量存储空间,造成系统吞吐量较低等效率问题。简洁的非交互式零知识证明(Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge,简称zk-SNARKs)虽然可以避免大量非受控随机数的出现,但是由于zk-SNARKs的计算中涉及到大量双线性对运算,导致方案整体效率不高。本论文主要研究非许可区块链中用户匿名性与可追踪性的兼容问题。基于双线性环签名(Bilinear Ring Signature,简称BRS)和Pedersen承诺等技术,本文提出了一种安全高效的非许可区块链条件匿名方案并在此基础上实现了对交易金额的隐藏,本文主要贡献如下:1.提出了一种安全高效的非许可区块链条件匿名方案。本方案具有以下优势:一方面,利用BRS技术避免了非受控随机数的引入,规避了密钥泄露、隐蔽传输等潜在隐患;另一方面,通过构建带有监管区块链的双链结构,减轻了非许可区块链中的交易负载,提高了吞吐量与整体效率。理论分析和实验结果表明本方案是安全且高效的,达到了常数级别的验证和追踪开销。2.提出了一种安全高效的非许可区块链内容隐藏方案。本方案具有以下优势:一方面,通过Pedersen承诺实现了对交易金额的隐藏;另一方面,利用密钥交换技术实现了多账户地址的验证,提高了效率。理论分析与实验结果表明本方案是安全且高效的,相比于对比方案验证效率提高了十倍。
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