一种时间衰减权重可验证的事件流密码学承诺方法、系统及介质与流程

本发明涉及数据完整性保护与隐私计算，具体涉及一种时间衰减权重可验证的事件流密码学承诺方法、系统及介质。

背景技术：

1、在客户经营、风险识别等场景中，需对具有时序性的行为事件流进行处理。为保障事件流的完整性、防止事后篡改，现有方案普遍采用默克尔树对事件进行密码学承诺。

2、一类代表性现有技术以"按训练轮次/批次组织的事件节点"或"数据集级一次性默克尔承诺"对操作日志进行存证，其默克尔叶子节点仅承诺事件内容本身（例如事件类型与时间戳），如公开号为cn121864282a的中国发明专利申请所代表的方案。

3、发明人发现，上述现有技术存在如下一个尚未被解决的技术问题：在对事件流进行带时间衰减权重的处理（即依据"近期事件权重高、远期事件权重低"的业务规律为各事件赋予随时间单调递减的衰减权重）以及差分隐私特征派生时，事件的时间衰减权重，以及该处理过程所消耗的隐私预算，均游离于上述默克尔承诺之外，未被纳入完整性保护。由此带来两方面后果：其一，时间衰减权重可在事后被静默改写而不被发现，验证方无法独立核验权重的真实性；其二，隐私预算的消耗值可与数据承诺相分离，甚至在系统重启后被回滚并重复消耗，导致隐私预算不可审计且易遭重放消耗攻击。

4、因此，亟需一种使事件流的时间衰减权重与隐私预算消耗成为不可事后篡改、可被验证方独立核验的密码学承诺的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有事件流完整性保护方案中存在的如下技术问题：在对事件流进行带时间衰减权重的处理、以及差分隐私特征派生时，事件的时间衰减权重以及该过程所消耗的隐私预算均游离于密码学承诺之外、未被纳入完整性保护，从而可被事后静默改写，或在系统重启后被回滚并重复消耗，导致时间衰减权重不可被验证方独立核验、隐私预算消耗不可审计且易遭重放消耗攻击。

2、为解决上述问题，本发明的核心构思是：将通常被当作可变参数、因而游离于完整性承诺之外的两类元数据——事件的时间衰减权重，以及每个处理窗口所消耗的隐私预算——通过"结构化嵌入"与"统一签名"两种手段，纳入同一密码学窗口承诺之中，使其与事件内容同根承诺、同签绑定，从而被冻结为不可事后篡改、可由验证方独立重算核验的密码学证据。本发明的全部技术特征均服务于这一单一构思。

3、第一方面，本发明提供一种事件流密码学承诺方法，应用于包含可信执行环境的数据处理装置，所述事件流由若干条事件构成，每条事件具有事件内容字段及时间戳，所述方法包括步骤s1至s4。

4、s1（建立事件级信任根）：对每条原始行为事件按预定义的统一结构封装为标准事件对象，所述标准事件对象至少包含事件内容字段、时间戳及事件签名，所述事件签名为对所述事件内容字段及所述时间戳的摘要进行签名得到。作为优选，所述事件内容字段包括事件唯一标识eid、事件类型type与事件荷载引用payload_ref；所述时间戳由可信时间源签发；所述摘要采用sm3摘要算法，所述事件签名为以保存于事件采集端安全元件中的设备私钥sk_device、采用sm2签名算法对〈eid,ts,type,payload_ref〉的sm3摘要进行签名得到，即sig=sm2.sign(sk_device, sm3(eid‖ts‖type‖payload_ref))，并在进入后续处理前由数据处理装置以对应sm2公钥验签、丢弃验签失败者。此处采用国密sm2/sm3并以安全元件保管私钥，目的是使每条事件在源头即具备不可抵赖、可独立验签的原子证据，为后续窗口承诺提供可追溯的信任根。

5、s2（将衰减权重并入完整性承诺）：以预设窗口长度w对标准事件对象按时间戳排序后进行滑动分窗；对每个窗口内的每条事件，按预设衰减参数计算该事件随时间间隔单调递减的时间衰减权重w，对w进行定点编码，并将编码权重与该事件的事件内容字段、时间戳一并作为叶子承诺输入计算叶子哈希，使每个叶子同时承诺事件内容与其时间衰减权重。区别于现有方案仅以事件内容（如事件类型、时间戳）构成叶子、而将衰减权重作为可变的下游分析参数，本发明将定点编码后的时间衰减权重并入叶子的承诺输入，使衰减权重本身成为完整性承诺不可分割的组成部分——这正是本发明实现"衰减权重可验证"的关键手段。作为优选，所述定点编码为，将取值于[0,1]的w映射为32位无符号整数后参与sm3叶子哈希leaf=sm3(eid‖ts‖type‖payload_ref‖encode(w))；所述时间衰减权重w可采用单指数衰减、带粘合系数的分段衰减或事件密度自校准衰减等形式。作为进一步优选，为在窗口内事件持续到达时以o(log n)代价增量维护承诺，在可信执行环境内对当前窗口维护一棵仅追加的默克尔山脉mmr，窗口闭合时取其bagged-root作为窗口默克尔根，并以多个窗口的构造跨窗口默克尔森林根mfr，用于提供跨窗口范围的聚合包含证明。

6、s3（在可信执行环境内派生受限特征并精确记账预算消耗）：在所述可信执行环境内，以所述各事件的叶子哈希为叶子节点构建该窗口的窗口默克尔根；并对该窗口的派生特征执行差分隐私加噪，按预设隐私预算上限对该窗口的隐私预算消耗执行预算账本记账与上限校验，于校验通过时输出该窗口的受限特征集合、所述受限特征集合的默克尔根以及该窗口已消耗的隐私预算。作为优选，对数值型派生特征按本次分配的隐私预算添加拉普拉斯噪声，并将隐私预算按字段维度、用户维度、时间维度三维记入预算账本，任一维度累计消耗超过隐私预算上限即触发该维度拒绝输出；对类别型派生特征，在可信执行环境内采用提取-扩展两阶段、基于sm4-cmac的密钥派生函数派生桶密钥后进行密文域分桶，桶密钥不离开可信执行环境，以避免类别原值泄露。上述加噪、记账与分桶均在可信执行环境内闭环完成，其目的在于使派生特征"可用而不泄密"，并精确量化出该窗口的隐私预算消耗值，为s4将该消耗值纳入承诺奠定基础。

7、s4（以同一签名将衰减权重承诺与预算消耗不可分离地绑定）：对由所述窗口默克尔根、所述受限特征集合的默克尔根及所述已消耗的隐私预算共同构成的承诺对象的摘要进行签名，得到该窗口的窗口锚定签名，并将所述承诺对象与作为该窗口的窗口承诺写入事件流的元数据。由于已经承诺了"事件内容＋时间衰减权重"，承诺了受限特征，且三者由同一签名绑定，任何对其中之一的事后篡改或剥离都将破坏的验签。由此，验证方在仅持有窗口承诺〈, , , 〉、而不接触原始事件的前提下，即可独立重算并核验各事件的时间衰减权重未被改写、且隐私预算消耗值与数据承诺一致且不可分离。

8、作为第一方面的进一步优选（隐私预算的物理防回滚）：进一步将隐私预算账本的版本号与所述数据处理装置上的硬件单调计数器进行物理绑定——在预算账本每次发生预算消耗写入时，由可信执行环境读取硬件单调计数器的当前读数并触发其原子递增，以递增后的读数作为版本号写入本次预算消耗记录并追加写入审计记录；在冷启动或重启后的账本恢复阶段，以硬件单调计数器的当前读数为权威基准，拒绝任何版本号小于或等于该当前读数的账本历史快照，使账本状态无法被回滚至历史状态。所述审计记录可构造为r=〈mr_rfs, model_hash,  ，〉并以追加写方式写入支持国密算法的联盟链。该优选使隐私预算获得超越纯软件可信假设的物理不可逆性，从根本上阻断软件重放或冷启动重置导致的隐私预算重复消耗。

9、第二方面，本发明提供一种实现上述方法的事件流密码学承诺系统，包括：执行s1的事件采集与封装模块；执行s2、并含默克尔山脉mmr增量更新子单元的事件流构建模块；部署于可信执行环境内、执行s3并具备三维预算账本记账与基于sm4-cmac的桶密钥派生能力的隐私特征派生与预算账本模块；执行s4、含sm2签名模块的窗口锚定签名模块；以及执行审计记录构造与上链的审计存证模块、和实现上述硬件单调计数器原子递增与版本号物理绑定的硬件计数器绑定子模块。

10、第三方面，本发明提供一种电子设备，包括处理器、存储器、可信执行环境tee硬件单元和国密密码模块，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法，所述tee硬件单元执行方法中位于enclave内的差分隐私加噪、预算账本记账与上限校验、以及对硬件单调计数器的原子读取与递增等操作。

11、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储的计算机程序被处理器执行时实现上述方法。

12、相对于现有技术，本发明的有益效果包括：

13、（1）实现了现有方案不具备的"事件级时间衰减权重的密码学可验证性"。本发明将时间衰减权重经定点编码后与事件内容一并嵌入同一叶子哈希、并入完整性承诺，权重一经确定即被冻结进窗口默克尔根与窗口锚定签名；任何对权重的事后改写都将导致验证方重算的叶子哈希与默克尔根失配、或窗口锚定签名验签失败，从而被独立发现。该效果是单纯的时间衰减加权（在现有技术中衰减权重被视为可任意调整的下游分析参数，不受完整性保护）或单纯的默克尔完整性承诺（在现有技术中叶子仅承诺事件原始内容、不承诺其权重）各自均无法获得的；本领域技术人员在通常实践中并无将"可变分析参数"冻结进"完整性承诺"的动机，本发明正是识别出"衰减权重应被纳入承诺以获得可验证衰减证据"这一此前未被关注的问题，并通过二者在叶子层的耦合获得了该新效果，故该耦合并非显而易见。

14、（2）实现了隐私预算消耗与数据承诺的不可分离审计。本发明以同一窗口锚定签名对窗口默克尔根、受限特征集合默克尔根与该窗口已消耗隐私预算三者共同签名，使隐私预算消耗与数据承诺被绑定为同一不可分割的窗口承诺，消耗按窗口可被独立审计，且无法在不破坏验签的前提下被替换或剥离。

15、（3）实现了隐私预算的物理层防回滚。本发明将逻辑层的预算账本版本号与物理层仅可递增的硬件单调计数器强绑定，使账本状态在断电、冷启动或恶意重启后均无法被回滚至历史值，从根本上阻断隐私预算的重放消耗攻击。该效果是逻辑层预算记账（其状态可被软件回滚）或物理硬件计数器（其本身不感知隐私预算语义）各自均无法获得的，二者的耦合使隐私预算获得了超越纯软件可信假设的物理不可逆性。