數(shù)據(jù)流通

數(shù)據(jù)流通是指在數(shù)據(jù)供方和需方之間按照一定流通規(guī)則進(jìn)行的以數(shù)據(jù)為對象的行為。數(shù)據(jù)流通在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上有諸多需求，主要在數(shù)據(jù)安全、質(zhì)量保障、權(quán)益分配、追溯審計(jì)和透明度等方面。

數(shù)據(jù)流通區(qū)塊鏈在保證數(shù)據(jù)流通環(huán)節(jié)安全高效的基礎(chǔ)上，具有以下優(yōu)勢：不緩存數(shù)據(jù)、保護(hù)個(gè)人隱私、保護(hù)數(shù)據(jù)版權(quán)、可追溯數(shù)據(jù)來源且保證不會被篡改、有效遏制造假等。其去中心化的共識架構(gòu)有效解決了數(shù)據(jù)交換和流通環(huán)節(jié)中數(shù)據(jù)歸屬不明的痛點(diǎn)。作為一個(gè)有安全保障的數(shù)據(jù)流通平臺，旨在支持?jǐn)?shù)據(jù)所有權(quán)不變的情況下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)使用權(quán)的可信流通共享。

安全屋實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流通

UCloud安全屋是一個(gè)數(shù)據(jù)流通平臺，它真正意義上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)所有權(quán)和數(shù)據(jù)使用權(quán)的分離，確保數(shù)據(jù)流通過程安全可控不泄露 ，打破數(shù)據(jù)壟斷，讓數(shù)據(jù)流通便捷安全，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)民主化，讓所有者安心、使用者開心。

安全屋采用區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)去中心化方案，精準(zhǔn)連接了數(shù)據(jù)提供方、數(shù)據(jù)源需求方、算法提供方等，聚合不同類型的算法，并充當(dāng)數(shù)據(jù)方、算法方角色，使用可信第三方(政府、第三方機(jī)構(gòu))保存所有區(qū)塊鏈記錄，起到信用背書的作用。

數(shù)據(jù)流通關(guān)鍵技術(shù)

同態(tài)加密

同態(tài)加密是密碼學(xué)界廣泛研究的重要課題，Ron Rivest等在1978年以銀行為應(yīng)用背景提出這一概念。同態(tài)加密是指對加密數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到一個(gè)輸出，將此輸出進(jìn)行解密，其結(jié)果與用同一方法處理但未加密原始數(shù)據(jù)得到的輸出結(jié)果一致。

在數(shù)據(jù)流通過程中的委托計(jì)算場景中，數(shù)據(jù)持有方本身算力有限，需委托第三方進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算，但其數(shù)據(jù)又不能透露給第三方，因此必須對敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加密保護(hù)。使用同態(tài)加密技術(shù)的委托計(jì)算場景涉及兩類角色——數(shù)據(jù)持有方和數(shù)據(jù)處理方，技術(shù)方案示意圖如下所示：

數(shù)據(jù)持有方擁有原始數(shù)據(jù)并選擇需要保護(hù)的敏感屬性。在本地生成公私鑰對后，使用生成的用戶公鑰，同態(tài)加密原始數(shù)據(jù)中的敏感屬性，得到密文文件。之后，數(shù)據(jù)持有方將密文文件發(fā)送給數(shù)據(jù)處理方，數(shù)據(jù)處理方對密文文件進(jìn)行同態(tài)操作，在明文數(shù)據(jù)信息不可知的情況下，生成密文統(tǒng)計(jì)結(jié)果，此結(jié)果和明文狀態(tài)直接加密得到的處理結(jié)果一致。數(shù)據(jù)處理方得到密文統(tǒng)計(jì)結(jié)果后，將其返回給數(shù)據(jù)持有方。數(shù)據(jù)持有方接收到處理后的密文統(tǒng)計(jì)結(jié)果，使用用戶私鑰解密，獲取明文統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

零知識證明

在分布式賬本中，需滿足群體共識特性，即各方通過共識機(jī)制確認(rèn)數(shù)據(jù)的合法性，而前提是包括個(gè)人或機(jī)構(gòu)隱私數(shù)據(jù)在內(nèi)的所有數(shù)據(jù)對所有方透明可見，因此需要對共識數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。零知識證明可提升數(shù)據(jù)合法性的隱性共識，讓驗(yàn)證方既不知道數(shù)據(jù)具體內(nèi)容，又能確認(rèn)該內(nèi)容是否有效或合法，應(yīng)用包括交易有效性證明、供應(yīng)鏈金融、數(shù)據(jù)防偽溯源等。

在數(shù)據(jù)流通過程中的分布式財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)共享場景中，各企業(yè)的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)上鏈存儲，允許跨組織間進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)財(cái)務(wù)記錄，改進(jìn)財(cái)務(wù)報(bào)告并降低審計(jì)成本?；诜植际降呢?cái)務(wù)數(shù)據(jù)記錄，按照一定的標(biāo)準(zhǔn)與傳統(tǒng)系統(tǒng)有互操作性，能改進(jìn)從財(cái)務(wù)報(bào)告到審計(jì)之間的所有流程。

技術(shù)方案示意圖如下：

在分布式賬本中，企業(yè)需將財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)加密上鏈存儲，包括資產(chǎn)負(fù)債表、上稅金額等，同時(shí)生成零知識證明π。π能證明：資產(chǎn)負(fù)債表中資產(chǎn)合計(jì)及負(fù)債與所有者權(quán)益合計(jì)等于對應(yīng)各項(xiàng)相加總和;企業(yè)上稅金額等于企業(yè)利潤總額乘以所得稅稅率金額。驗(yàn)證方計(jì)算并驗(yàn)證π是否成立，驗(yàn)證過程中不泄露企業(yè)數(shù)據(jù)。若零知識證明成立，說明企業(yè)的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)正確可信，而且驗(yàn)證過程需保證只有數(shù)據(jù)持有企業(yè)能生成此零知識證明。

群簽名

群簽名技術(shù)是一種允許一個(gè)群體中的任意成員，以匿名方式代表整個(gè)群體對消息進(jìn)行簽名，并可公開驗(yàn)證的機(jī)制。在云環(huán)境中，用戶依賴CSP存儲數(shù)據(jù)且沒有本地?cái)?shù)據(jù)副本，因此確保數(shù)據(jù)正確地存儲在云中顯得尤其重要。為了減少因周期性檢查而帶來的在線負(fù)擔(dān)并且節(jié)省計(jì)算資源，引入TPA代替用戶檢查外包數(shù)據(jù)的完整性，希望通過TPA來保護(hù)數(shù)據(jù)隱私，并確保用戶數(shù)據(jù)不會泄露給TPA。

系統(tǒng)模型如圖所示，包括四個(gè)主體：用戶(Client)、云存儲服務(wù)器(CS，Cloud Server)、云組合服務(wù)器(CCS，Cloud Combiner Server)和第三方審計(jì)者(TPA，Third Party Auditor)。此方案可實(shí)現(xiàn)以下功能：正確性、安全有效的用戶撤銷、大數(shù)據(jù)隱私保護(hù)、身份隱私保護(hù)、多用戶更新、認(rèn)證、大群組的支持。

環(huán)簽名

通常環(huán)簽名方案由密鑰生成、簽名、簽名驗(yàn)證部分構(gòu)成，一個(gè)環(huán)簽名方案必須滿足無條件匿名性、正確性、不可偽造性的性質(zhì)。

云服務(wù)提供商對用戶進(jìn)行分組管理。環(huán)簽名中，簽名者參與一個(gè)用戶組，這些用戶組中的用戶構(gòu)成一個(gè)環(huán)。如果環(huán)簽名得到驗(yàn)證，則可以說明簽名者來自一定范圍的群體。環(huán)中的用戶簽名時(shí)，用自己的私鑰和環(huán)中其他實(shí)體的公鑰簽名，但不需要其他實(shí)體的參與，更不需要得到其他實(shí)體的允許。

這比其它基于合作方式的簽名要靈活得多，如群簽名需要其它實(shí)體的共同協(xié)作，而且群中有管理者，如果管理者權(quán)限過大，則可能會暴露用戶的身份。

差分隱私

差分隱私的基本思想是對原始數(shù)據(jù)、對原始數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換或是對統(tǒng)計(jì)結(jié)果添加噪音來達(dá)到隱私保護(hù)效果。相比于傳統(tǒng)的隱私保護(hù)模型，差分隱私具有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

• 不關(guān)心攻擊者所具有的背景知識;
• 具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕y(tǒng)計(jì)學(xué)模型，能夠提供可量化的隱私保證。

按照隱私保護(hù)技術(shù)所處數(shù)據(jù)流通環(huán)節(jié)的不同，差分隱私技術(shù)可分為以下兩類：

• 中心化差分隱私技術(shù);
• 本地化差分隱私技術(shù)。

數(shù)據(jù)采集差分保護(hù)

由于移動設(shè)備功能的不斷強(qiáng)大，數(shù)據(jù)收集者可以將數(shù)據(jù)采集的任務(wù)分配給不同用戶，然而這種數(shù)據(jù)采集一般與個(gè)人行為信息相關(guān)，因此當(dāng)用戶參與數(shù)據(jù)采集時(shí)，不可避免地存在泄露個(gè)人敏感信息的風(fēng)險(xiǎn)。

如圖所示，每個(gè)用戶首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行隱私化處理，再將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)收集者,數(shù)據(jù)收集者對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以得到有效的分析結(jié)果，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的同時(shí)，保證個(gè)體的隱私信息不被泄露。

數(shù)據(jù)輸出差分隱私保護(hù)技術(shù)方案

面向公眾公開發(fā)布數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)本身非常敏感時(shí)，如果直接向使用者輸出數(shù)據(jù)，可能帶來嚴(yán)重的隱私泄露問題，因此輸出數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)集中利用差分隱私技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。如圖所示，服務(wù)端在將數(shù)據(jù)提供給數(shù)據(jù)使用方之前，需用差分技術(shù)對數(shù)據(jù)集中進(jìn)行擾動處理，添加拉普拉斯噪聲或指數(shù)噪聲，保證數(shù)據(jù)可用性的同時(shí)，確保個(gè)體的隱私信息不被泄露。

隱私保護(hù)數(shù)據(jù)共享

數(shù)據(jù)共享中存在一個(gè)重要的課題，就是如何在共享中避免用戶數(shù)據(jù)隱私的泄露。隱私保護(hù)的數(shù)據(jù)共享技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其目標(biāo)就是在保護(hù)數(shù)據(jù)隱私的前提下，盡可能保留具有挖掘價(jià)值的信息。

在隱私保護(hù)的數(shù)據(jù)共享中，存在數(shù)據(jù)提供者和數(shù)據(jù)挖掘平臺兩種角色。多個(gè)數(shù)據(jù)提供者對數(shù)據(jù)進(jìn)行隱私保護(hù)處理之后，把數(shù)據(jù)輸出至數(shù)據(jù)挖掘平臺，在該平臺上完成數(shù)據(jù)融合、分析、挖掘。

隱私保護(hù)的數(shù)據(jù)共享主要分為兩個(gè)方向：隱私保護(hù)的數(shù)據(jù)處理和基于安全環(huán)境的數(shù)據(jù)共享。

隱私保護(hù)的數(shù)據(jù)處理

目標(biāo)是在保護(hù)數(shù)據(jù)隱私的前提下，盡可能的保留數(shù)據(jù)挖掘的信息。

基于安全環(huán)境的數(shù)據(jù)共享

在數(shù)據(jù)挖掘平臺方構(gòu)建一個(gè)各方都信任的安全計(jì)算環(huán)境，安全環(huán)境保證參與計(jì)算的敏感數(shù)據(jù)不會輸出并且無法被外部進(jìn)程竊取。各個(gè)數(shù)據(jù)提供者把數(shù)據(jù)進(jìn)行加密后，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)挖掘平臺，然后在安全計(jì)算環(huán)境中，對數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與建模。

總結(jié)

法律法規(guī)均對大數(shù)據(jù)的安全提出了嚴(yán)格要求，在發(fā)展大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)之前，必須建立完善的大數(shù)據(jù)安全管控體系，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)從采集、傳輸、存儲、分析、發(fā)布等全生命周期的安全風(fēng)險(xiǎn)管控，避免因大數(shù)據(jù)被誤用、濫用或泄露帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

同態(tài)、零知識證明、群簽名、環(huán)簽名、差分隱私保護(hù)、隱私保護(hù)數(shù)據(jù)共享等，是目前數(shù)據(jù)安全領(lǐng)域、數(shù)據(jù)流通領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，隨著各項(xiàng)技術(shù)發(fā)展及在越來越多的場景中落地應(yīng)用，數(shù)據(jù)流通在實(shí)際應(yīng)用場景中將發(fā)揮更大的價(jià)值。

UCloud 基于安全管理、區(qū)塊鏈及多方安全計(jì)算的安全屋平臺，實(shí)現(xiàn)了在原始數(shù)據(jù)對除數(shù)據(jù)持有者外，其他方均不可見的情況下，經(jīng)過協(xié)同計(jì)算對數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析之后，輸出需求方所需的分析結(jié)果，確保數(shù)據(jù)在安全的前提下流通共享。

本文內(nèi)容部分來源于《數(shù)據(jù)流通關(guān)鍵技術(shù)白皮書》