一种面向卫星网络数据安全的高效非交互式审计方法

本发明涉及卫星网络数据安全，具体为一种面向卫星网络数据安全的高效非交互式审计方法。

背景技术：

1、卫星网络数据安全审计方法主要用于星载数据采集、在轨缓存、跨节点转发和按需交付等场景，其目的在于验证存储卫星是否完整保存了指定数据，避免数据在长期缓存或跨实体传输过程中发生损坏、丢失或篡改。现有方法通常由审计方生成挑战信息，存储节点依据被挑战数据块生成完整性证明，再由审计方对证明进行验证，以判断数据持有状态。

2、然而，卫星网络具有链路时延高、连接间歇、节点计算与存储资源受限等特点，传统多轮交互式审计容易因通信中断造成验证失败或状态恢复成本增加；同时，复杂密码学验证若直接上链执行，会增加链上计算负担，且审计结果与链上确认过程相互分离时，难以形成可信、连续的数据持有性确认结果。故而需要一种面向卫星网络数据安全的高效非交互式审计方法解决上述问题。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：一种面向卫星网络数据安全的高效非交互式审计方法，包括：

2、s1、初始化卫星网络审计环境，生成双线性映射公共参数、数据生产者的标签签名密钥对、审计者的链上交易签名密钥对，并确定存储卫星的链上接收地址或账户标识；

3、s2、数据生产者对原始数据文件进行分块处理，生成文件标识符以及各数据块对应的同态完整性标签，将数据块集合发送至存储卫星缓存，并将标签集合和文件标识符发送至审计者保存；

4、s3、审计者根据所述文件标识符生成挑战集合，根据所述标签集合和所述挑战集合计算预期聚合结果，并将所述预期聚合结果转换为解锁秘密，基于所述解锁秘密生成与本次挑战集合关联的审计交易消息、适配器预签名和离散对数相等证明，将所述挑战集合、所述审计交易消息、所述适配器预签名和所述离散对数相等证明一次性发送至存储卫星；

5、s4、存储卫星根据所述挑战集合读取本地缓存的数据块，并基于所述本地缓存的数据块和公共参数计算在数据完整时与所述预期聚合结果对应的证明群元素，将所述证明群元素转换为解锁秘密因子；

6、s5、存储卫星验证所述离散对数相等证明，在验证通过时利用所述解锁秘密因子对所述适配器预签名进行适配，得到所述审计交易消息对应的完整交易签名；

7、s6、存储卫星将所述审计交易消息和所述完整交易签名广播至区块链验证节点，由区块链验证节点依据审计者的链上交易签名公钥验证所述完整交易签名，并将签名验证结果作为所述原始数据文件的数据持有性的链上审计确认结果。

8、进一步的，所述双线性映射公共参数包括阶为素数的第一循环群、第二循环群、目标群、双线性映射、第一循环群生成元、第二循环群生成元、用于将文件标识符和数据块索引映射至第一循环群的第一哈希函数、用于将群元素序列化结果映射至链上签名标量域的第二哈希函数，以及用于生成链上交易签名的椭圆曲线参数。

9、进一步的，所述数据生产者对原始数据文件进行分块处理，生成文件标识符以及各数据块对应的同态完整性标签，包括：

10、将原始数据文件划分为按索引排列的数据块集合；

11、为所述原始数据文件生成唯一文件标识符；

12、根据所述文件标识符、数据块索引、数据块内容和数据生产者的标签签名私钥生成对应的同态完整性标签；

13、将所述同态完整性标签与所述文件标识符和数据块索引绑定，形成标签集合。

14、进一步的，所述挑战集合由被挑战数据块索引子集和各被挑战数据块索引对应的随机挑战系数组成，所述被挑战数据块索引子集从所述原始数据文件的全部数据块索引中随机选取，所述随机挑战系数用于约束后续的标签聚合计算和数据块聚合计算。

15、进一步的，所述根据所述标签集合和所述挑战集合计算预期聚合结果，并将所述预期聚合结果转换为解锁秘密，基于所述解锁秘密生成与本次挑战集合关联的审计交易消息、适配器预签名和离散对数相等证明，包括：

16、审计者按照所述随机挑战系数对被挑战数据块索引对应的同态完整性标签进行同态聚合，得到聚合标签；

17、审计者对所述聚合标签与第二循环群生成元执行双线性映射运算，得到预期聚合结果；

18、审计者对所述预期聚合结果进行规范序列化和哈希映射，得到解锁秘密；

19、审计者将所述解锁秘密映射为椭圆曲线点，并基于审计者的链上交易签名私钥、所述审计交易消息和所述椭圆曲线点生成适配器预签名；

20、审计者生成用于证明所述适配器预签名中的标准承诺和加密承诺由同一随机数生成的离散对数相等证明。

21、进一步的，所述存储卫星根据所述挑战集合读取本地缓存的数据块，并基于所述本地缓存的数据块和公共参数计算在数据完整时与所述预期聚合结果对应的证明群元素，将所述证明群元素转换为解锁秘密因子，包括：

22、存储卫星按照所述被挑战数据块索引子集读取本地缓存的数据块；

23、存储卫星根据所述随机挑战系数对读取到的数据块进行线性聚合，得到数据聚合值；

24、存储卫星根据所述文件标识符、被挑战数据块索引和随机挑战系数生成聚合公开基项；

25、存储卫星根据所述数据聚合值、所述聚合公开基项和数据生产者的标签签名公钥计算证明群元素；

26、存储卫星对所述证明群元素进行规范序列化和哈希映射，得到解锁秘密因子。

27、进一步的，所述存储卫星验证所述离散对数相等证明，在验证通过时利用所述解锁秘密因子对所述适配器预签名进行适配，得到所述审计交易消息对应的完整交易签名，包括：

28、存储卫星根据所述解锁秘密因子生成验证用椭圆曲线点；

29、存储卫星利用所述验证用椭圆曲线点、适配器预签名中的标准承诺、加密承诺以及所述离散对数相等证明执行离散对数相等验证；

30、在离散对数相等验证通过时，存储卫星利用所述解锁秘密因子对适配器预签名中的部分签名进行解密，得到完整签名标量；

31、存储卫星将所述完整签名标量与所述适配器预签名中的加密承诺横坐标组合，得到完整交易签名。

32、进一步的，所述审计交易消息至少包括文件标识符、挑战集合关联信息、审计者链上账户标识和存储卫星链上账户标识，所述区块链验证节点在验证所述完整交易签名时，根据所述审计者链上账户标识对应的链上交易签名公钥对所述审计交易消息和所述完整交易签名进行标准签名验证。

33、进一步的，所述审计者在发送所述挑战集合、所述审计交易消息、所述适配器预签名和所述离散对数相等证明之后，不接收存储卫星回传的数据持有性证明，所述存储卫星在本地生成所述完整交易签名后直接向区块链验证节点广播，使数据持有性审计由审计者与存储卫星之间的挑战应答验证转换为存储卫星与区块链验证节点之间的签名验证。

34、进一步的，当所述离散对数相等证明验证未通过、所述完整交易签名验证未通过、所述文件标识符与所述挑战集合关联信息不匹配中的任一条件成立时，生成链上审计确认未通过状态；当所述完整交易签名验证通过且所述审计交易消息中的文件标识符与挑战集合关联信息匹配时，生成链上审计确认通过状态并记录对应的链上审计确认信息。

35、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

36、一种面向卫星网络数据安全的高效非交互式审计方法，通过由审计者基于本地保存的完整性标签和挑战集合预先计算预期聚合结果，并将该预期聚合结果转换为解锁秘密生成适配器预签名，使存储卫星仅在依据本地缓存数据计算出对应证明群元素并获得正确解锁秘密因子时，才能恢复出可被区块链验证节点接受的完整交易签名，由此将数据持有性验证过程与链上签名确认过程形成绑定；同时，审计者在发送挑战集合、审计交易消息、适配器预签名和离散对数相等证明后无需再接收存储卫星回传的数据持有性证明，减少了卫星链路间歇连接下多轮交互造成的中断风险；区块链验证节点仅需执行标准签名验证即可得到链上审计确认结果，避免在链上执行复杂的双线性映射或聚合证明验证，从而更适合资源受限、时延较高且通信状态不稳定的卫星网络数据安全审计场景。