基于區塊鏈技術的數據庫加密技術

阿依登·塔布斯，買爾當·卡哈爾，李峰濤

（新疆維吾爾自治區公安廳網絡安全保衛總隊 新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

數字資產交易技術的推廣和普及，可以幫助人們在日常生活和工作中，借助電子設備和軟件智能化交易和管理數字資產，突破了紙質貨幣的局限性。 在傳統數字資產交易模式下，需要借助中央數據庫，對相關交易數據進行集中化存儲，并利用第三方中心交易平臺實現交易過程，這種處理方式存在信息篡改、泄漏等安全風險［1］。 而區塊鏈技術的出現和應用，可以實現對安全化數字資產交易環境的搭建，提高數字資產交易管理的安全性。 通過將區塊鏈技術與數據庫加密進行有效的結合，可以充分發揮和利用區塊鏈技術難篡改、可追溯等優勢，完成對數字資產交易方法的構建，該方法在不借助第三方中心交易平臺的基礎上，可以實時共享數據賬本，避免數據被惡意篡改等問題。

1 數字資產交易技術分析

1.1 傳統的數字資產交易方式

因為不同用戶之間，通常缺乏一定的信任，所以在傳統數字資產交易模式下，需要借助第三方中心交易平臺，對其進行數據交易。 傳統的數字資產交易過程為：首先，用戶向第三方中心交易平臺傳輸交易數據，由該平臺對這些交易數據進行存儲和管理，其次，用戶可以借助該平臺，實時查看和轉移相關資產。 第三方中心交易平臺的運用，通常會存在以下弊端：①該平臺應用關系型數據庫，該數據庫無法有效地抵御黑客攻擊行為，導致數據容易被惡意篡改，不利于交易數據的保護。 ②該平臺僅僅簡單加密處理所存儲的交易數據，并沒有應用加密機制處理所傳輸的交易數據，導致交易數據在傳輸期間存在丟失、泄漏等風險。 為解決傳統數字資產交易模式的弊端，需要引入區塊鏈技術。

1.2 區塊鏈技術

區塊鏈技術作為一種重要的數據庫技術，具有去中心化、可追溯性、篡改難度高等特點。 該技術內部綜合運用加密技術、對等網絡技術、數字簽名技術、時間戳技術、共識技術等先進技術，被廣泛地應用于制造業中，并取得了良好的應用效果［2］。 區塊鏈內部含有若干個區塊，運用這些區塊，可以安全化存儲交易數據；運用區塊鏈，可以將這些數據進行有效關聯。 在各個區塊中，除了用到父區塊的哈希值外，還用到本區塊的哈希值，運用哈希值這一元素，可以將本區塊直接鏈接到上一區塊地址中［3］。 通常情況下，區塊可以劃分為區塊體和區塊頭部信息兩個組成部分，其中，區塊體含有交易數量信息和交易詳情信息；區塊頭部信息主要含有時間戳、本區塊哈希值、樹根值等信息。在進行區塊鏈接期間，離不開哈希值的運用，一旦哈希值出現變化，說明某一區塊數據被黑客、不法分子惡意入侵和篡改，因此，技術人員要及時檢測哈希值變化情況，并采用預防措施，降低交易數據被惡意篡改的風險。

2 結合區塊鏈技術的數字資產交易方法

數字資產交易方法在具體構建中，主要應用了區塊鏈技術。 數字資產交易方法的總體架構設計如圖1 所示。

第一，進一步深化其思想資源的研究。關于人類命運共同體的思想淵源，就馬克思主義來說，涵蓋馬克思主義世界歷史理論、馬克思主義人的本質理論、馬克思主義“真正共同體”理論、馬克思主義交往實踐理論、馬克思主義世界市場理論，等等。就中華優秀文化而言，涵蓋天下一家、以民為本、王者無外、協和萬邦、義利統一、大同社會，等等。就人類優秀文明來講，涵蓋城邦共同體、倫理共同體、精神共同體、政治共同體，等等。由于學界對于人類命運共同體內涵進行多角度的探討，其思想資源也就各不相同，應當把思想資源與具體內涵對應起來進行整體研究[74]。

圖1 數字資產交易方法的總體架構設計示意圖

在區塊鏈技術的應用背景下，借助各個記賬節點，可以共同維護同一個賬本，所以通過綜合運用共識算法和共識機制，可以確保各個節點在共識過程的處理上達成一致意見。 分布式一致性算法在具體運用中，表現出簡潔、安全、高效等優勢。 所以，在設計共識算法期間，要運用分布式一致性算法，對節點惡意操作行為進行管控［6］。 同時，運用信息簽名驗證機制，將驗證節點狀態依次設置為leader（領導）狀態、follower（跟隨者）狀態和candidate（候選人）狀態。 共識算法的核心代碼如圖3 所示：

2.1 交易鏈結構設計

雖然在教學方面各個學校已經意識到每個學科應該有側重的能力提升，高中物理中比較重視的能力便是解題能力的培養，但是由于新課改倡導的時間有限以及各方面條件的限制，使得目前解題能力在高中物理教學中還存在著一定的不足.

圖2 區塊鏈鏈接結構示意圖

2.2 加密模塊設計

福安圖書館始終堅持以人為本，關注不同年齡段、不同類型讀者群體的需求，尤其是根據青少年的心理、生理特點，充分整合館內外資源，創造性開展特色閱讀活動，幫助青少年快樂學習、健康成長。為滿足偏遠地區未成年人的閱讀需求，該館自2004年開始，陸續在偏遠山村、鄉鎮等建立了多個圖書流通點，依托日益完善的信息技術與物流配送體系，篩選集科學性、趣味性和知識性于一體的文獻讀物，為青少年提供優質的閱讀資源。同時該館定期下鄉開展心理講座系列活動，邀請心理學專家、大學生志愿者等共同參與，為失足青少年、災區人民送去溫暖，幫助他們紓解困惑，采用健康教育和趣味性游戲，幫助青少年樹立正確的價值理念。

在進行數字資產交易期間，為充分發揮和利用加密技術優勢，需要結合各個區塊的數據庫，對數據進行加密處理。 與傳統加密模式相比，區塊鏈所用到的加密技術具有一定的非對稱性，表明加密和解密期間所用到的密鑰存在一定的差異，可以保證交易數據的安全性。 加密模塊在具體設計時，綜合運用非對稱性加密算法RSA（Rivest-Shamir-Adleman）和哈希函數等技術，驗證和判斷交易信息是否真實可靠，避免交易數據被惡意入侵和篡改［5］。 應用哈希函數，可以對原始數據進行運算處理，使其轉變為二進制數字，該二進制數字含有256 位字節，為后期驗證機制提供重要的依據和參考。 運用RSA 加密算法時，需要為加密的密鑰配置公有密鑰，為解密的密鑰配置私有密鑰。 公有密鑰具有公開透明性，但是私有密鑰具有一定的保密性，無法公開透明，因此，這兩種鑰匙之間相互獨立，互不聯系。 為實現對交易數據的安全化、可靠化傳輸，需要借助RSA 加密算法，自動化生成公私密鑰。

2.3 共識算法設計

從圖1 中可以看出，該方法總體架構主要包含共識模塊、加密模塊和功能管理模塊，在不借助第三方中心交易平臺的基礎上，共同維護交易數據。 此外，應用加密模塊和共識模塊，可以安全化交易和管理數字資產，凸顯出數據庫的安全性和可靠性等特征。 運用鏈式數據庫存儲模式，可以保證交易記錄功能實現效果［4］。

圖3 共識算法核心代碼

3 測試、評估

3.1 加密算法的驗證

以“代金券交易信息”為案例，驗證和測試數字資產交易方法的有效性和可靠性。 將交易信息的原文設置為“D003100ab3220180304201804040admin”，RSA 算法加密過程和結果如圖4 所示。 從圖4 中可以看出，運用該交易方法的加密技術，可以有效地簽名、加密和驗證各個區塊交易數據，從而實現對交易數據的有效保護，避免交易數據被病毒、黑客非法篡改和竊取，因此，本文方法表現出較高的可靠性和安全性。

在區塊鏈技術的應用背景下，區塊鏈數據在具體存儲期間，主要采用鏈式存儲方式。 結合區塊鏈數據存儲特點，完成對如圖2 所示的區塊鏈鏈接結構的設計。 整個鏈接，主要誘導本區塊的哈希值和父區塊的哈希值。 本文將區塊頭中的版本號、區塊哈希值、父哈希值、交易數量和詳情分別配置4 個字節、32 個字節、32 個字節、4 個字節、128個字節。

圖4 RAS 算法加密過程和結果

3.2 共識算法的驗證

在驗證共識算法有效性時，需要將網絡驗證節點設置為4 個， 并將 4 個節點 IP 地址分別設置為192.168.1.115、 192.168.1.117、 192.168.1.128 和192.168.1.30。 此外，還要運用領導節點宕機，對共識算法進行人工模擬，驗證該算法是否可以正常形成選舉指令。 整個測試流程如下：①采用人工模擬的方式，對領導節點宕機進行有效模擬［7］。 ②準確記錄和統計領導節點選舉出現和完成的整個時間［8］。 ③重復50 次上述兩個步驟。

匯總最終測試結果后，繪制出如圖5