基于分布式账本的通用底层数据安全支撑系统的制作方法

本发明涉及数据生命周期管理，具体为一种基于分布式账本的通用底层数据安全支撑系统。

背景技术：

1、分布式账本技术以区块链为核心代表，其数据以区块为基本单位进行组织，相邻区块之间通过包含前一区块数据哈希摘要的头部字段形成单向链表结构，每个区块头包含前区块哈希值、交易默克尔根、状态根及时间戳等关键字段，sha-256等单向哈希函数所具备的抗碰撞性保证了任何对历史区块内容的修改都将导致该区块及其后续所有区块的哈希值发生级联变化，从而被全网节点检测并拒绝，这一密码学设计是分布式账本不可篡改性的根本保障，也是其在数据可信存储领域被广泛采用的核心价值所在；

2、然而，《中华人民共和国个人信息保护法》（pipl）、欧盟《通用数据保护条例》（gdpr）等法规明确赋予数据主体被遗忘权，要求数据控制者在特定条件下彻底删除特定个人数据，不得以任何形式保留可还原的数据内容，分布式账本的不可篡改性与法定数据删除权之间由此形成根本性技术冲突，现有技术无法同时满足链式结构完整性与合规可删性两项要求；

3、现有技术中，主要存在以下两类代表性解决方案；

4、第一类方案为链下存储、链上哈希锚定方案，该方案的系统结构为分布式账本节点层（存储交易哈希摘要）、链下分布式存储系统（存储实际数据内容，如ipfs等内容寻址网络）与链上智能合约（维护链下存储地址与数据哈希的映射关系）的三层组合，在数据写入时，上层应用将原始数据存入链下分布式存储网络并获取内容寻址标识，将数据哈希值连同内容寻址标识提交至分布式账本上链永久存储，当合规删除请求到达时，管理员删除链下存储节点中对应的物理文件，链上存储的哈希值即失去数据源锚定对象，此后任何节点尝试对历史区块进行完整性校验时，因无法取回原始数据重新计算哈希，校验失败，账本状态树出现不可修复的信任断点，系统整体可验证性丧失，删除行为与链上历史状态可验证性之间存在不可弥合的根本矛盾；

5、第二类方案为密码学擦除方案，该方案在写入时用对称密钥对原始数据进行加密，链上存储密文的哈希值，合规删除时由密钥管理服务销毁解密密钥，密文虽仍驻留于存储节点但无法被解密，从逻辑层面等同于删除，该方案存在以下缺陷：

6、密文数据仍物理存在于全网所有分布式存储节点，持续占用存储资源；

7、随着量子计算能力的不断提升，历史密文面临被暴力破解的长期安全威胁，传统对称加密密文的量子安全性难以保证；

8、监管机构无法通过可验证的技术手段核验数据内容是否已真正清除，存在合规审计争议，难以通过gdpr、pipl等法规的合规审查；

9、上述两类方案均缺乏通用的、与上层应用解耦的底层数据生命周期自动化管理机制，不同区块链平台之间的数据安全能力高度碎片化，无法形成跨平台统一的合规底层支撑能力，为此，我们提出一种基于分布式账本的通用底层数据安全支撑系统。

技术实现思路

1、本发明旨在解决以下四个核心技术问题：其一，分布式账本不可篡改性与法定数据删除权之间的根本性技术冲突，现有技术无法在不破坏哈希链结构的前提下实现对特定数据的物理层面彻底擦除，其二，链上链下协同存储架构中数据合规删除后链上历史状态不可验证的一致性崩溃问题，其三，传统密码学擦除方案中密文长期物理驻留于分布式存储节点带来的量子计算安全威胁及合规审计困难，其四，缺乏与上层区块链应用平台解耦的通用底层数据生命周期自动化管理能力，不同链平台间安全能力碎片化的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于分布式账本的通用底层数据安全支撑系统，所述系统作为独立中间件层运行于上层区块链应用平台与底层分布式物理存储网络之间，包括变色龙哈希路由网关、门限秘密共享管理模块、零知识墓碑证明生成模块、时间锁生命周期调度模块及墓碑数据状态树五个核心功能组件。

3、变色龙哈希路由网关采用基于椭圆曲线离散对数难题构造的变色龙哈希函数，替代传统单向哈希函数作为分布式账本底层存储数据摘要的生成算法，变色龙哈希函数具有陷门属性：普通验证者无法在哈希值不变的情况下找到不同输入，但陷门密钥持有者可以为任意新消息高效计算出碰撞输入，在数据写入时，该网关生成具有可控碰撞能力的数据摘要；

4、在数据合规删除时，协调碰撞随机因子计算，使替换后的随机噪声数据与原始数据产生相同的变色龙哈希值，在链上哈希链结构不发生任何改变的前提下完成底层存储内容的物理替换。

5、门限秘密共享管理模块将变色龙哈希陷门密钥通过shamir秘密共享协议分割为n份分片，分发至n个监管节点，须收集至少m个监管节点提交的有效授权分片后，方可在可信执行环境内部执行拉格朗日插值重构完整陷门密钥，防止单一节点持有完整陷门能力并恶意使用，实现对陷门密钥的m-of-n分布式管控。

6、零知识墓碑证明生成模块在物理数据替换完成后，调用零知识证明引擎以四约束体系生成零知识墓碑证明，并将证明广播至区块链网络上链存证，使全网节点无需接触任何数据明文内容，即可验证特定数据已被合规物理擦除，保持分布式账本的整体可验证性。

7、时间锁生命周期调度模块以区块事件订阅方式实时监听区块链网络出块事件，对到期数据自动触发物理擦除与存储空间释放完整流程，实现数据生命周期的无人值守自动化管理。

8、墓碑数据状态树以稀疏默克尔树为底层数据结构实现，维护全部数据条目的生命周期状态，其根哈希随每次状态变更自动更新，并写入链上区块头附加字段与主状态根并列存储，保证墓碑树状态本身的不可篡改性。

9、本发明还提供一种基于上述系统的门限变色龙哈希合规数据删除方法，依次执行请求发起与验证、存储信息检索、门限授权请求广播、监管节点分片提交、可信执行环境内陷门密钥重构、随机噪声数据生成、哈希碰撞计算与自验证、物理数据替换、墓碑状态树更新与证明生成、证明广播与全网状态同步共十个阶段，在区块哈希链结构不发生任何改变的前提下完成对目标数据的合规物理擦除。

10、采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

11、1.本发明通过门限变色龙哈希机制，在区块哈希链结构不发生任何改变的前提下替换底层存储内容，链上哈希链完整性得到充分保持，彻底消除数据合规删除所导致的链上状态断点；

12、2.本发明通过零知识墓碑证明，使全网节点在不接触任何数据明文内容的情况下完成对合规擦除操作的独立验证，分布式账本可验证性完整保留；

13、3.本发明通过以随机噪声物理覆盖原始有意义数据内容，实现存储节点上的真正内容清除，原始数据不再驻留于任何存储节点，从根本上规避量子计算威胁，满足gdpr、pipl等法规对被遗忘权的合规要求；

14、4.本发明通过原生嵌入时间锁加密协议，实现数据生命周期的自动化管理，到期数据自动触发擦除与存储空间释放，无需上层应用介入；

15、5.本发明通过变色龙哈希路由网关中间件设计，本系统可无缝对接hyperledgerfabric、fisco bcos等主流区块链底层平台，具备跨平台通用性与广泛的工程兼容性。