2018-06-13浅谈大数据防篡改机制与区块链防篡改技术

大数据的传统的防篡改机制

一般的防篡改机制是基于加密算法的。选择密文安全（chosen ciphertext security，即CCA-security）是公钥密码中很强的安全性概念，这个概念对存在主动攻击的许多加密应用中都是充分的。构造CCA安全的公钥密码体制具有重要的意义，如Bellare和Rogaway提出的OAEP体制就成为SET协议的加密标准。

长期以来，只有很少的加密方案能在标准模型中被证明是抗选择密文攻击的，而实用的方案更少。第一个实用的方案由Cramer和Shoup 1998年提出，他们后来把该方案的构造推广成平滑hash证明系统（Smooth Hash Proof Systems，SHPS）。长期以来，利用SHPS是构造标准模型中实际可行的CCA方案的唯一方法。2004年，Canetti, Halevi和Katz提出将任意Selective-ID 安全的基于身份的加密（IBE）方案转化成CCA安全公钥加密方案的一般方法。为了加密m，加密者利用接受者的公钥PK，产生一次性签名密钥对（vk，sk）将密文（vk,Enc(vk,m),σ)发送到接受者，其中Enc(vk,m)可以看做是对m以PK为主公开参数和vk为身份的加密，σ表示以用私钥SK对前两个部分密文的签名，解密时，先验证签名的合法性，若合法，再利用主密钥提取身份vk的私钥d，并用d进行解密。可以看出，该方案相应于原来的IBE方案由明显的通信和计算负荷，因为加密时要产生一次性签名的密钥对，以及利用所产生的私钥对IBE的密文进行签名，解密时还要先验证签名的合法性，再解密。

waters方案是Adaptive-ID安全的，即攻击者可以是适应性地选择身份攻击，但Canetti , Halevi和Katz转化的是Selective-ID 安全的，即攻击者在只能非适应性地选择身份（所攻击的身份在参数产生前就已决定）攻击。

选择密文安全（chosen ciphertext security，即CCA-security）：

（1）挑战者执行参数产生算法和密钥产生算法，并将公共参数Param和加密公钥PK给攻击者A；

（2）攻击者A用若干个密文询问解密预言机，挑战者challenge按照解密算法进行解密，并将解密结果给攻击者A；

（3）攻击者A选出两个等长消息m0和m1，challenge随机地选取一个比特值γ，并对mγ进行加密形成挑战密文C=E(mγ)给攻击者；

（4）攻击者A可以继续选择密文询问解密预言机，唯一的限制是不能用挑战密文C本事进行询问；

（5）最后攻击者输出一个猜测γ'。当γ'=γ时，攻击者A成功。

区块链技术的特点优势

2017年最火的是什么？大家一定会说是区块链。在这之前，先给大家介绍下比特币系统的账户模型；在比特币里，它是没有用户资产记录这样的概念，不会像在mysql里那样，用一条数据存储记录表达；它的资产，是通过把所有的交易记录串联聚合之后，得到的；而且，区块链系统明确表达了，账户里的资产来源，你可以一直向上追溯，一直追到创世块，也就是挖矿时的所得。

例如，你收到了小张50元的转账；小张转给你的50元里，有20元是来自小李的，30元是来自小王的，小李的20元有3元是来自小刘的，17元是来自小孟的……，这个资金的流动传递会在链上完整的表达出来。

下面看下区块链系统是如何做的：

所谓资金流转就是一次交易，因此比特币系统，设计了一个非常核心的数据结构，大家看下下面这张截图：

图一

MsgTx就是表达一次交易，这个交易结构体里，有个切片字段TxIn，完整的定义是紧挨着MsgTx的下一个结构体。这个结构体里，有个PreviousOutPoint，它表示的意思，就是这笔输入的来源地址；这样一笔交易信息，会先封到一个block结构体里，然后经过验证存到数据库里；前一个交易记录里，同样也会有一个PreviousOutPoint继续向前指；这样是不是就比较清楚每笔资金的具体从哪里来的了，如果你比较感兴趣，可以在数据库里一直向上追溯，直到创世块；

下面来看下防篡改；就以上面小张账户的50元说起；在这里要把P2P网络提一下，这是区块链的运转起来的基础；区块链系统是一个完全松散自治的P2P网络，这个网络，每时每刻都会有节点加入，有节点离开；而且没有中心节点来管理，每一个节点都靠算法来维护自身的数据块信息；

现在来看小张的账户；如果小张想把自己的50元账户，改成50万；他要做的第一件事情是控制全网51%以上的节点，这个从概率上来推算基本是不可能的，可以认为失败是必然的（概率上的极大似然估计法）；假设一个人的运气非常好，他真的控制了全网51%的节点；下面有另外一个更严峻的挑战：拿到用户的私钥；上面我们说了，小张要把这50改成50万，需要把小张之前的小李的，小王的，小刘的，小孟的…总之和这50元相关的所有的人的私钥都窃取到，然后把数据篡改掉，才能骗过区块链系统；

这里面有两个问题：1 为什么需要改这么多人的数据？这是由于，前面说了，区块链系统会记录每笔自己的详细来源，在交易验证的时候，发现数据不对，会不断向前回溯验证的； 2 为什么要私钥？这个我们需要配合交易的数据结构来说，还是看下面这张图的最后一个数据结构TxOut

图二

该数据结构表示，用户的交易输出，例如小张50元的来源是小李的20，小王的30，那这20和30分别对应的是小李的交易输出；大家注意了，这个TxOut里有个PkScript字段，专业的说法是锁定脚本；意思是，如果想花掉这笔钱，或者动这笔钱，需要有相应的解锁脚本和锁定脚本做匹配；否则就会失败，就会被系统发现；这个锁定脚本，通常是用户的公钥，解锁脚本是用户的私钥；简单理解，就是非对称加密验证的意思；所以说，如果用户想篡改资金额度，不仅要控制全网51%以上的节点，还要窃取很多相关人的密钥，其难度可想而知。