一种可公开审计的数据持有性证明方案的设计与实现

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在基于匿名P2P网络的分散式存储系统中,数据所有方失去了对数据的绝对控制,而低可信的存储方随时可能篡改或删除数据,因此数据的完整性受到了严峻挑战。为了解决数据完整性难以得到有效保障的问题,数据持有性证明(Provable Da ta Possession,PDP)成为了当下学术界的讨论热点。PDP技术使得数据所有方可以在低可信的环境下通过挑战存储服务器,验证其是否正确地持有存储数据。然而,现有的PDP方案普遍存在数据存储方可以在不存储完整数据的情况下响应挑战并通过的可能,此外在公开验证的环境中,用于审计的服务器和用于存储的服务器之间还存在双方合谋以非法通过证明的可能。为解决上述在以往方案中普遍存在的2个安全性问题,本方案在公共区块链上部署分布式存储架构,选用基于BLS签名的方案,引入第三方审计对数据持有性进行公开验证,分担数据所有方的计算压力和在线压力。在此基础上结合系统特点制定相关策略,通过引入新的变量和计算环节使得数据存储方必须正确而完整地存储数据才能实现利益最大化,选用合适的随机函数以使第三方审计和数据存储方在维持正常运转的环境中有较大概率无法顺利地进行合谋攻击,有效提高了方案安全性。给出的方案原型分别基于3种不同的椭圆曲线库实现。实验结果显示本方案在性能上具有显著优势,数据所有方能以超过32MB/s的速度高效率地产生待存储文件的标签信息,这些标签信息的总量不会超过待存储信息总量的6.25%。此外,对于4TB大小的数据集,在保证99%的恶意行为检测率的情况下,数据存储方在17秒内即可生成用于验证的证据。而对于系统中的所有节点而言,需要存储的公开信息量一般不会超过4MB。即,整个系统只需要负担较低的计算压力和常量级的信息存储开销即可使第三方审计在未接触原始存储数据的情况下对数据持有性进行公开审计,高效性与隐私性均得到切实保证。
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