1.文章内容

1.1 摘要&简介

Implement a protocol that turns a blockchain into an automated access-control manager that does not require trust in a third party.

• （1）We combine blockchain and off blockchain storage to construct a personal data management platform focused on privacy.
• （2）We illustrate through our platform and a discussion of future improvements to the technology, how blockchains could become a vital resource in trusted-computing.

1.2 挑战（隐私问题）

• Data Ownership（数据拥有者）：确保用户私有信息的所有和支配
• Data Transparency and Auditability（数据透明性和可审计性）：被收集的数据和访问方式对用户是完全的透明的
• Fine-grained Access Control（细粒度访问控制）：在任何给定的时间，用户可以更改权限集并撤销对以前收集的数据的访问

1.3 提出方法

1.3.1 平台简介

（1）系统实体

• Users（用户）：对下载数据和使用应用感兴趣
• Services（服务）：出于运维和商业相关的原因需要对个人数据进行处理的应用提供者
• Nodes(节点)：为得到奖励而维护区块链和分布式私有键值对数据存储的实体

（2）交易类型

• $T_{access}$Taccess​：用于访问控制管理
• $T_{data}$Tdata​：用于数据存储和检索

（3）交易流程

• User安装应用并首次注册，生成$(user,service)$(user,service)身份并与相应的$权限$权限通过$T_{access}$Taccess​发送到区块链
• User的智能手机将收集的数据（包括传感数据和位置信息等）用共享的$对称密钥$对称密钥加密后通过$T_{data}$Tdata​发送到区块链，区块链将这些数据随后以$键-值对$键−值对的方式存储在off-blockchain，只保留一个指向此公共账单上数据的指针（此指针为数据的SHA-256哈希值）
• 此时$user$user和 $service$service通过$T_{data}$Tdata​交易使用指针（即“键”）访问数据。区块链会验证数字签名属于$user$user或$service$service，如果是$service$service，需要同时检查其$权限$权限
• 最后，$user$user可以通过$T_{access}$Taccess​交易和新的$权限$权限为$service$service重新授权或者撤销数据的访问

PS：off-blcokchain的$键-值对$键−值对存储是用分布式哈希表（DHT）来实现的

1.4 网络协议

定义：

• 对称加密机制3元组$(G_{enc},\varepsilon_{enc},D_{enc} )$(Genc​,εenc​,Denc​)：生成器、加密、解密算法
• 数字签名3元组$(G_{sig},S_{sig},V_{sig})$(Gsig​,Ssig​,Vsig​)：生成器、签名、验证算法

1.4.1 系统构建模块

（1)身份

• 复合身份（Compound identities）：$Compound_{u,s}^{(public)}=(pk_{sig}^{u,s},pk_{sig}^{s,u})$Compoundu,s(public)​=(pksigu,s​,pksigs,u​)
• 完整身份：$Compound_{u,s}=(pk_{sig}^{u,s},sk_{sig}^{u,s},pk_{sig}^{s,u},,sk_{sig}^{s,u},,sk_{enc}^{u,s})$Compoundu,s​=(pksigu,s​,sksigu,s​,pksigs,u​,,sksigs,u​,,skencu,s​)
• 复合身份生成协议：
  • 1)user执行$G_{sig}()$Gsig​()生成相应的公/私钥对，执行$g_{enc}()$genc​()生成对称密钥
  • 2)service执行$G_{sig}()$Gsig​()生成相应公/私钥对
  • 3)双方互换公钥，user多分享一个对称密钥给service，最终双方都拥有$(pk_{sig}^{u,s},pk_{sig}^{s,u},sk_{enc}^{u,s})$(pksigu,s​,pksigs,u​,skencu,s​)
    

（2)区块链存储

• $L$L代表区块链内存空间，哈希表$L:\{0,1\}^{256} \rightarrow\{0,1\}^N$L:{0,1}256→{0,1}N
• 交易的输出地址用于编码256比特的内存地址指针以及其他附属元数据
• 当作查询$L[k]$L[k]时返回最近的交易

（3）访问策略

• 用户u授予服务s的权限表示为$POLICY_{u,s}$POLICYu,s​
• $POLICY_{u,s} = \{location, contacts\}$POLICYu,s​={location,contacts}表示具有位置和联系人的访问权限

（4）附属函数

• $Parse(x)$Parse(x)用于反序列化发送到交易的信息，包含参数、$CheckPolicy(pk_{sig}^k,x_p)$CheckPolicy(pksigk​,xp​)
• $CheckPolicy(pk_{sig}^k,x_p)$CheckPolicy(pksigk​,xp​)协议如下：
  • 输入当前签名公钥$pk_{sig}^k$pksigk​和要检查的权限$x_p$xp​
  • 区块链检查签名公钥，若签名公钥属于用户即$pk_{sig}^k=pk_{sig}^{u,s}$pksigk​=pksigu,s​,则直接返回1（表示拥有权限）；若签名公钥属于服务方即$pk_{sig}^k=pk_{sig}^{s,u}$pksigk​=pksigs,u​则需进一步验证当前权限是否与用户授予的权限吻合，若$x_p \in POLICY_{u,s}$xp​∈POLICYu,s​则返回1，否则返回0
    

1.4.2 区块链协议

（1) 访问控制协议

• $T_{access}$Taccess​交易只能由用户发起，因此需要对用户的身份进行审计，采取一定的访问控制策略
• 具体协议如下图：
  • 输入用户签名公钥$pk_{sig}^k$pksigk​和消息$m$m
  • 对消息进行解析得到用户和服务分别的公钥以及用户对服务的权限
  • 然后区块链检查用户签名公钥是否和解析出的用户签名公钥相同,即判断$pk_{sig}^k=pk_{sig}^{u,s}$pksigk​=pksigu,s​是否成立
  • 若成立将当前用户签名公钥的哈希值作为L的地址，并在当前地址存储信息m，最后返回1（表示访问成功）
    

（2) 存储或加载协议

• 输入用户/服务签名公钥$pk_{sig}^k$pksigk​和消息$m$m
• 对当前信息进行解析，得到$c,x_p,rw$c,xp​,rw分别代表 “存储数据”、“访问权限”、“读写权限”
• 判断当前用户/服务是否具有访问权限，是则进入下一步
• 如果读写权限为写，表示存储操作 ，如果权限为写，表示加载操作

2.文章术语

• K-匿名
• l-diversity
• t-closeness
• Fully Homomorphic Encryption（全同态加密）
• Distributed Hashtable- DHT（分布式哈希表）
• ECDSA （Elliptic Curve Discrete Signature Scheme椭圆曲线离散签名机制）
• Shamir’s Secret Sharing （虾米尔密钥分享）
• Multiparty Computation（MPC 安全多方计算）

3.生词

3.1 写作助手

• In the sequel 结果，后来
• To illustrate, consider the following example
• albeit 尽管；虽然；即使
• In light of this 鉴于此
• state-of-the-art systems 先进的系统

3.2 生僻词

• well-rounded adj. 良好的；健康的；适宜的 adv. 很好地；充分地；满意地
• surveillance n.监督；监视
• opt-out 撤退；退出；辞职
• entrust 委托；托管
• storage and retrieval 存取
• harness vt. 利用；驾驭
• subvert 颠覆；暗中破坏；使背叛；搅乱
• mitigate 减轻；缓和