基于格基哈希链的跨境数据链路溯源系统及方法与流程

本发明属于数据安全，具体涉及基于格基哈希链的跨境数据链路溯源系统及方法。

背景技术：

1、随着全球数字贸易与跨境数据流通规模的持续扩大，跨境数据传输已成为国际金融、供应链协同、科研合作与合规监管的重要支撑环节，当前数据传输链路溯源技术主要依托传统密码学体系构建，通过哈希函数将数据包或数据操作记录串联形成单向递推的验证链，结合rsa、椭圆曲线等公钥签名算法完成链上记录的来源认证，从而在常规计算环境下保障数据流转过程的不可否认性与防篡改能力，在单一信任域、计算环境稳定的应用场景中已展现出良好的实用价值。

2、然而，现有技术未充分考虑在量子计算威胁加剧和多运营主体协同溯源双重压力下，跨境数据链路溯源体系面临的安全退化与证据效力缺失问题。具体而言，跨境数据传输通常需要依次经过分布在不同区域的多个中转节点，这些节点分属不同运营实体，信任基础天然薄弱，同时，当数据流经多节点传输链路时，若某一中间节点被攻击者控制或存在内部恶意行为，攻击者可在篡改数据内容后重构后续哈希链。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供基于格基哈希链的跨境数据链路溯源系统及方法，采用格基哈希与签名算法抵御量子破解威胁，通过逐跳校验、终端兜底、第三方默克尔树交叉验证的三层架构，破解多主体弱信任下中间节点篡改后重构哈希链的溯源难题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、基于格基哈希链的跨境数据链路溯源方法，包括：

4、遍历跨境数据的传输链路，获取参与节点的身份标识与网络拓扑；

5、利用格密码，结合节点在网络拓扑中的位置、区域属性，为每个节点配置公私钥对，并为各个节点的公钥构建全局密钥表；

6、为源节点配置待传数据源，利用基于格的哈希函数，对所述待传数据源进行哈希运算，生成源节点的哈希值，并为源节点构建锚点与初始数据封装，生成带溯源头的传输数据包；

7、配置发送方、接收方，以对所述传输数据包进行传输，对溯源头内发送方的签名值进行格基签名验证；

8、调用各个参与节点内存储的哈希值与签名值，传送至聚合节点，利用默克尔树结构，对所有节点的哈希记录进行逐层聚合运算；

9、当所述传输数据包送达接收节点时，提取溯源头内的溯源链，依次验证每个节点签名的有效性并递归校验哈希链的单向递推关系，以生成溯源结果。

10、具体地，所述为每个节点配置公私钥对包括：

11、选用环学习错误作为格密码体系的底层困难问题，并配置公共参数；

12、利用密码学安全的随机数生成器，生成主密钥种子，并在多项式环空间中均匀采样生成公共多项式；

13、依据节点在传输链路中的转发顺序，为每个节点分配路径序号，并结合上下游邻接节点的身份标识，生成位置特征向量；

14、将节点所属的地理运营区域、运营主体标识，映射转换为属性编码向量；

15、将节点的身份标识、位置特征向量、属性编码向量进行拼接与长度对齐，生成节点的特征因子。

16、具体地，所述为每个节点配置公私钥对还包括：

17、利用hkdf，以节点专属的特征因子作为盐值进行熵扩展，结合节点身份标识，获取密钥生成种子；

18、以密钥生成种子作为随机数熵源，初始化伪随机数生成器，依据公共参数中的采样分布，采样生成私钥多项式与噪声多项式；

19、在多项式环空间，对私钥多项式、噪声多项式、公共多项式进行多项式乘法与加法运算，得到公钥多项式；

20、以公钥多项式、公共多项式共同构成节点的公钥，私钥多项式作为节点的私钥，生成节点的公私钥对。

21、具体地，生成源节点的哈希值包括：

22、调用格密码的公共参数，初始化基于格的哈希函数的运算环境；

23、设定哈希的分组长度，将所述待传数据源依次切分为等长数据块，生成数据块序列；

24、设置初始链向量，依次遍历数据块序列，对于每个数据块进行环上迭代压缩运算，以更新链变量；

25、对最后一个数据块的链变量进行输出变换，转换为二进制序列，通过固化生成源节点的哈希值。

26、具体地，为源节点构建锚点包括：

27、读取源节点触发数据传输时刻的系统时间，并编码为处理时间戳；

28、获取参数节点的路径序号，对节点进行升序排列，依次提取每个节点的区域标识，剔除序列中连续重复的区域标识，得到数据传输的区域流转顺序；

29、按照区域流转顺序，为每个区域进行编码，获取各个区域的顺位编号，结合对应的区域标识，形成区域编码集；

30、整合源节点的哈希值、身份标识、处理时间戳、区域属性、区域编码集，对各字段进行字节级顺序拼接，形成二进制的待签名摘要；

31、利用基于格的数字签名，以待签名摘要作为消息输入、对应节点的私钥为签名密钥，在多项式环空间内进行签名运算，生成源节点的签名值；

32、整合源节点的哈希值、签名值与身份标识，通过封装生成溯源链的首个锚点记录。

33、具体地，所述格基签名验证的步骤包括：

34、依据发送方的身份标识，从全局密钥表中调取对应的公钥，以发送方的待签名摘要、签名值与公钥作为验证输入；

35、利用数字签名验证，在多项式环空间内进行签名本体校验，同时获取发送方在区域编码集的顺位序号与对应的区域标识，与发送方的区域标识进行比对，进行区域路径校验；

36、若签名本体校验与区域路径校验均通过，则判定格基签名验证通过；否则格基签名验证未通过；

37、对于格基签名验证未通过，将发送方标记为异常节点，并终止传输数据包向下转发；

38、对于格基签名验证通过，更新发送方，并重新计算哈希值，通过发送方待签名摘要的构建、签名运算、锚点构建，生成新的发送方的锚点记录，以更新传输数据包并转发至下一节点，直至传输数据包送达接收节点。

39、具体地，对所有节点的哈希记录进行逐层聚合运算包括：

40、获取已有的、未生成篡改告警的锚点记录，构建有效聚合集，并基于各个节点的路径序号对所述有效聚合集中的锚点记录进行升序排列；

41、对于每个锚点记录，对哈希值、身份标识、路径序号进行顺序拼接，结合基于格的哈希函数，设置默克尔树叶子节点值；

42、依据路径序号对叶子节点值进行顺序排列，形成默克尔树的叶子层；

43、采用顺序分组、不重叠、不交叉的配对规则，从叶子层开始执行逐层聚合运算，以将顺序相邻的两个节点的哈希值进行字节拼接并进行基于格的哈希运算，直至新生成的层级仅包含一个节点，得到默克尔根哈希值；

44、获取各个叶子节点到根节点途经的所有兄弟节点哈希值，作为默克尔证明路径，结合默克尔树全层级哈希值与默克尔根哈希值，生成跨节点验证报告。

45、具体地，依次验证每个节点签名的有效性并递归校验哈希链的单向递推关系包括：

46、提取传输数据包头部的溯源头，采用类型-长度-值的结构化编码格式，依次逐条解析锚点记录，生成有序锚点序列；

47、获取有序锚点序列中的锚点记录总数，同时调用传输链路内所有参与节点的节点总数，校验锚点记录总数与节点总数是否一致；

48、校验所有锚点记录对应的节点路径序号，判定从源节点到接收节点是否依次连续、无跳号、无缺失；

49、若两项均满足则判定链路结构正常，若出现总数不符或序号断裂，直接标记为链路结构异常；

50、遍历锚点记录顺序，通过每个节点的签名本体校验与区域路径校验联动，进行终端全量签名校验，一旦任意节点校验不通过，则标记为异常节点，并进行异常定位。

51、具体地，依次验证每个节点签名的有效性并递归校验哈希链的单向递推关系还包括：

52、以源节点的哈希值作为链式校验的起始基准，按路径序号依次执行递推校验，重新计算节点的哈希值，并与锚点记录中存储的哈希值进行等值比对；

53、若比对不一致，则标记为异常节点，终止后续校验并进行异常定位；若比对一致，则继续校验下一节点，直至所有节点均比对通过；

54、对于异常定位，依据默克尔树，获取异常节点对应的叶子节点哈希值，并重新计算根哈希值，与跨节点校验报告中的默克尔根哈希值进行比对；

55、若比对不一致，判定异常节点的链内记录存在篡改；

56、若比对一致，比对路径序号集合与默克尔树叶节点路径序号集合进行比对，定位序号缺失或冗余的具体节点位次；

57、按处理时间戳顺序整理节点操作时序，结合各节点区域标识，生成链路溯源报告。

58、基于格基哈希链的跨境数据链路溯源系统，包括：密钥模块、封装模块、逐跳校验模块和溯源模块；

59、所述密钥模块用于获取所有参与节点的身份标识与网络拓扑，以节点在网络拓扑中的位置、区域属性作为密钥派生函数的随机性扩展，基于格密码体系为每个节点配置公私钥对；

60、所述封装模块用于为源节点下发待传数据源，并计算源节点哈希值，构建待签名摘要，为源节点进行格基签名运算、锚点构建、数据封装，生成带溯源头的传输数据包；

61、所述逐跳校验模块用于配置并实时更新发送方与接收方，以对数据传输包进行输送，并实时对溯源头内发送方的签名值执行格基签名验证；

62、所述溯源模块利用默克尔树结构对所有节点的哈希记录执行逐层聚合运算，生成默克尔根哈希值与跨节点校验报告，当所述传输数据包送达接收节点时，依次验证每个节点签名的有效性，并递归校验哈希链的单向递推关系，生成链路溯源报告。

63、本发明的有益效果：

64、通过格基哈希与格基签名算法，从溯源链的核心运算环节保障抗量子安全属性，避免量子计算能力提升导致的溯源体系整体安全降级；针对跨境多节点分属不同运营主体、信任基础天然薄弱的痛点，通过逐跳实时校验、终端全量兜底、独立聚合节点交叉印证的三层防护架构，逐跳校验在转发入口拦截单跳身份伪造与内容篡改，终端全量签名校验穿透多节点合谋伪造上游记录的攻击，独立聚合节点基于异步上报数据生成的格基默克尔树提供脱离传输链路的第三方校验基准，使得不同运营主体无需建立直接信任关系，仅依托全局统一的公共参数与独立聚合结果即可完成跨主体溯源定责，有效弥补多主体协同场景下单一链路证据可信度不足的缺陷；同时将区域路径信息绑定至每个节点的签名锚点中，结合单向递推的哈希链结构，使得任意中间节点篡改数据后，不仅需要重构后续全链路哈希值与签名，还需匹配第三方聚合的默克尔根校验基准，大幅提升篡改攻击的实施成本，结合双源交叉的异常定位逻辑可精准锁定异常节点与所属区域，最终形成兼具实时拦截能力、完整审计能力与可信定责能力的溯源体系，适配跨境数据传输的复杂合规与安全需求。