基于區(qū)塊鏈和代理重加密的快遞出海數(shù)據(jù)共享方案

摘" 要：快遞出海必然涉及快遞數(shù)據(jù)的跨境交互，為了解決數(shù)據(jù)共享之下的數(shù)據(jù)出境安全問題，提出了一種基于區(qū)塊鏈和代理重加密的快遞出海數(shù)據(jù)共享方案。在具體構(gòu)造上，由審核部門對出境數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)管并處理敏感信息，再作為數(shù)據(jù)共享的一方將第一次加密的密文發(fā)送到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，通過代理重加密方法實現(xiàn)安全、隱私的數(shù)據(jù)共享。經(jīng)過分析，文章方案能夠保證數(shù)據(jù)的真實性與不可篡改，并能夠正確地還原數(shù)據(jù)明文，在滿足隱私保護(hù)的前提下實現(xiàn)了數(shù)據(jù)出境的安全共享。

" 關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈；代理重加密；快遞出海；數(shù)據(jù)共享；數(shù)據(jù)出境安全

" 中圖分類號：F618" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2025.03.019

Abstract： Express to sea inevitably involves the cross-border interaction of express data. In order to solve the problem of data exit security under data sharing， a data sharing scheme of express to sea based on blockchain and agent re-encryption is proposed. In terms of specific structure， the audit department will supervise the exit data and process the sensitive information， and then send the first encrypted cipher text to the blockchain network as the data sharing party， and realize the secure and private data sharing through the agent re-encryption method. Through analysis， the scheme of this paper can ensure the authenticity and tamper of the data， and can correctly restore the data， to meet the requirements of privacy protection under the premise of realizing the safe sharing of data exit.

Key words： blockchain; agent re-encryption; express to sea; data sharing; data exit security

" 中國快遞企業(yè)的出海之路充滿機(jī)遇，同時也面臨著巨大挑戰(zhàn)。近年來，隨著大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)的發(fā)展，快遞業(yè)務(wù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量大量增長，對數(shù)據(jù)利用的需求不斷加大，這對于數(shù)據(jù)在傳輸、存儲、共享等環(huán)節(jié)提出了更高的要求。此外，快遞數(shù)據(jù)承載著用戶信息，隨著國際形勢日趨復(fù)雜，中國快遞企業(yè)在出海的過程中，出于意識形態(tài)、經(jīng)濟(jì)、競爭等因素，很可能遇到國家安全的風(fēng)險。因此需要一種適用于快遞出海模式的方案，在滿足數(shù)據(jù)出境要求的前提下，能夠?qū)爝f數(shù)據(jù)進(jìn)行安全共享，促進(jìn)數(shù)據(jù)資源的開發(fā)利用。

目前，大多數(shù)的數(shù)據(jù)共享方案采用云存儲與區(qū)塊鏈相結(jié)合的方式[1]。孫一萌等[2]提出基于區(qū)塊鏈的港口物流交易數(shù)據(jù)共享模型，對敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)粒度的編輯，但是犧牲了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。童飛等[3]將智能合約和CP-ABE結(jié)合，實現(xiàn)了云上個人隱私數(shù)據(jù)共享的細(xì)粒度訪問控制。代理重加密是由Blaze et al.[4]提出的概念，通過委托代理進(jìn)行密文轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。Mang et al.[5]提出了基于訪問控制條件的代理重加密算法。Agyekum et al.[6]使用基于身份的代理重加密實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。馬雪等[7]利用可搜索加密技術(shù)構(gòu)造關(guān)鍵詞索引信息，基于可搜索代理重加密算法實現(xiàn)鏈上授權(quán)。檀鐘盛等[8]利用區(qū)塊鏈、代理重加密和星際文件系統(tǒng)解決傳統(tǒng)零售物流的用戶隱私泄露問題。王晨宇等[9-10]提出了去中心化的數(shù)據(jù)共享模式，但并未給出詳細(xì)的算法描述。然而，目前關(guān)于快遞出海數(shù)據(jù)安全共享的研究較少，現(xiàn)有方案仍有幾點問題尚未解決：（1）部分方案產(chǎn)生了較大的存儲壓力，且未能對共享數(shù)據(jù)中的隱私信息形成保護(hù)；（2）基于傳統(tǒng)公鑰密碼的數(shù)據(jù)共享方案的計算開銷較大，不適用于快遞出海這種可能面對較多數(shù)據(jù)需求方的應(yīng)用場景；（3）尚未有方案對數(shù)據(jù)出境共享所產(chǎn)生的監(jiān)管需求進(jìn)行設(shè)計。

" 基于快遞出海的場景，本文擬設(shè)計一種基于區(qū)塊鏈和代理重加密的快遞出海數(shù)據(jù)共享方案。快遞企業(yè)通過云存儲的方式儲存用戶數(shù)據(jù)，并將關(guān)鍵信息存儲到區(qū)塊鏈上。對于需要出境的快遞數(shù)據(jù)，由審核部門進(jìn)行審批，確保出境數(shù)據(jù)不含有個人隱私信息，并由審核部門將處理后的可交互數(shù)據(jù)密文存儲到區(qū)塊鏈上，鏈上的代理節(jié)點負(fù)責(zé)進(jìn)行重加密密鑰以及重加密密文的生成，最終數(shù)據(jù)需求方解密得到所需數(shù)據(jù)。通過設(shè)計該方案，以解決符合數(shù)據(jù)出境安全要求的快遞出海數(shù)據(jù)共享問題。

1" 預(yù)備知識

為了引出本文的具體方案，本節(jié)主要介紹相關(guān)的理論知識，包括雙線性映射、區(qū)塊鏈簡介、代理重加密技術(shù)。

1.1" 雙線性映射

" 令G和G1為兩個階數(shù)為素數(shù)q的乘法循環(huán)群，令e： G×G→G，若滿足以下性質(zhì)，即為雙線性映射：

（1）雙線性：對于任意g，g∈G，且隨機(jī)數(shù)a，b∈Z，有eg，g=eg，g；

（2）可計算性：對于任意g，g∈G，eg，g是容易計算的；

" （3）非退化性：存在g，g∈G，使eg，g≠1。

1.2" 區(qū)塊鏈

" 區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N去中心化的分布式賬本。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點存儲整個區(qū)塊鏈的所有信息，由區(qū)塊鏈的所有節(jié)點共同管理、維護(hù)和監(jiān)督。此外，區(qū)塊鏈中的每個區(qū)塊都保存最新的事務(wù)數(shù)據(jù)和上一個區(qū)塊的哈希值，可用于確保區(qū)塊之間的連接，因此對數(shù)據(jù)的任何更改都會極大地改變哈希值，以確保鏈上數(shù)據(jù)的不被篡改和可追溯性。區(qū)塊鏈通過共識機(jī)制、非對稱加密、智能合約等技術(shù)完成相應(yīng)的功能。共識機(jī)制可以確保區(qū)塊鏈上不同節(jié)點存儲的數(shù)據(jù)的一致性，非對稱加密能夠保護(hù)節(jié)點的私有數(shù)據(jù)，智能合約是一種相當(dāng)于實現(xiàn)合同條款的可計算交易協(xié)議。

1.3" 代理重加密

" 代理重加密委托代理，將由授權(quán)者A加密的密文轉(zhuǎn)換為可供被授權(quán)者B解密的密文形式。在此過程中，代理將無法獲得任何的明文信息，因此可實現(xiàn)隱私保護(hù)下的數(shù)據(jù)共享。本文采用單向單跳的代理重加密方案，即只完成由A到B的密文單向轉(zhuǎn)換，且密文只允許轉(zhuǎn)換一次，涉及的算法如下：

" （1）Setupλ→PP：輸入安全參數(shù)λ，輸出公共參數(shù)PP；

（2）KeyGenPP→pk，sk：輸入公共參數(shù)PP，輸出各主體的公私鑰對pk，sk；

（3）EncPP，pk，M→CT：輸入公共參數(shù)PP、授權(quán)者A的公鑰pk和明文M，輸出初始密文CT；

" （4）ReKeyGenPP，pk，sk→rk：輸入公共參數(shù)PP、被授權(quán)者U的公鑰pk和授權(quán)者A的私鑰sk，輸出重加密密鑰rk；

（5）ReEnerk，CT→CT：輸入重加密密鑰rk和初始密文CT，輸出重加密密文CT；

" （6）DecPP，sk，CT→M：輸入公共參數(shù)PP、被授權(quán)者U的私鑰sk和重加密密文CT，輸出明文M。

2" 方案設(shè)計

" 隨著國際形勢日趨復(fù)雜，各國對數(shù)據(jù)的存儲和使用等都有各自的法律規(guī)定。我國的個人信息保護(hù)法（PIPL）為個人信息、個人信息的處理和敏感個人信息作出定義，而在個人信息跨境時，明確了信息處理者應(yīng)通過國家網(wǎng)信部門組織的安全評估[11]。歐盟采用的通用數(shù)據(jù)保護(hù)條例（GDPR）要求企業(yè)在處理歐盟公民的個人數(shù)據(jù)時需要明確獲得數(shù)據(jù)主體的同意，同時確保數(shù)據(jù)的安全性和隱私性[12]。俄羅斯的個人數(shù)據(jù)法要求在俄羅斯境內(nèi)存儲包含俄羅斯公民個人數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，涉及到包括云服務(wù)在內(nèi)的多種數(shù)據(jù)存儲形式[13]。美國在保護(hù)本地數(shù)據(jù)問題上采取強硬立場，明確采取措施防止數(shù)據(jù)泄露，例如亞馬遜、蘋果、微軟等公司有關(guān)于美國用戶的數(shù)據(jù)都存儲在本地[14]。同樣，其他國家數(shù)據(jù)保護(hù)法規(guī)在具體細(xì)節(jié)上可能會略有差異，但整體上都在致力于保護(hù)本國公民的數(shù)據(jù)安全，追求數(shù)字自治和數(shù)據(jù)獨立性，進(jìn)而維護(hù)國家安全。

" 快遞出海所涉及的數(shù)據(jù)主體較為復(fù)雜，其中包括從我國發(fā)往國外的跨國快遞，以及快遞企業(yè)海外分公司在境外產(chǎn)生數(shù)據(jù)，國內(nèi)企業(yè)總部對相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)有分析需求等情況，其中的共同之處是：快遞出海所涉及的個人數(shù)據(jù)，既來自于我國國內(nèi)的個人或供應(yīng)商，也來自于國外的快遞用戶。因此快遞出海模式必然會涉及我國個人數(shù)據(jù)的出境和外國個人數(shù)據(jù)（或境外生成的本地數(shù)據(jù)）的出境，從而快遞出海企業(yè)必須遵守相關(guān)國家的法律規(guī)定。而由于快遞業(yè)務(wù)本身的特點，導(dǎo)致快遞出海中的數(shù)據(jù)交互是必要且不可避免的，因此針對這種必要的數(shù)據(jù)出境，各國的普遍措施是對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，并對敏感信息的部分進(jìn)行處理，再批準(zhǔn)出境。

" 由此，基于我國快遞企業(yè)出海的場景，本文所述的快遞數(shù)據(jù)出境交互的前提是：數(shù)據(jù)需求方向?qū)徍瞬块T發(fā)出請求，由審核部門對需要出境交互的快遞數(shù)據(jù)進(jìn)行審核與數(shù)據(jù)處理，處理安全過后予以出境。針對快遞出海模式下的數(shù)據(jù)交互，本文提出了一種基于區(qū)塊鏈和代理重加密的快遞出海數(shù)據(jù)共享方案（見圖1），方案中的一些假設(shè)如下。

" 快遞用戶即為數(shù)據(jù)的擁有方，用戶在快遞應(yīng)用平臺生成快遞數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲的權(quán)限授予快遞企業(yè)。快遞企業(yè)在云存儲的模式下存儲數(shù)據(jù)，為了減輕計算消耗，通過對稱加密的方式將快遞數(shù)據(jù)的密文存儲到云服務(wù)器中，再將存儲地址和對稱密鑰通過屬性加密存儲到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，由此，用戶和快遞企業(yè)可以解密鏈上的密文得到存儲地址和對稱密鑰，而用戶在授權(quán)時，可以選擇是否將權(quán)限授予審核部門，是則表明該用戶在涉及跨境的快遞服務(wù)時，同意將數(shù)據(jù)交給審核部門進(jìn)行監(jiān)管，即審核部門也可以解密鏈上的密文得到存儲地址和對稱密鑰，進(jìn)而能夠與境外的快遞企業(yè)分公司或供應(yīng)商進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

本文所提出的基于區(qū)塊鏈和代理重加密的快遞出海數(shù)據(jù)共享方案，主要由以下六個階段構(gòu)成：

（1）系統(tǒng)初始化：輸入安全參數(shù)λ后，輸出并公開公共參數(shù)PP，公開參數(shù)PP表示為：

PP=q，g，G，G，e，g，h，h，H

其中：q為λ比特長的大素數(shù)，是循環(huán)群G和G的階數(shù)，g∈G為生成元，e： G×G→G為雙線性映射，g，h，h∈G為區(qū)別于g的生成元，H： 0，1→Z為哈希函數(shù)。

" （2）密鑰對生成：輸入公共參數(shù)PP，輸出各主體的公私鑰對，審核部門的公私鑰對為pk，sk，數(shù)據(jù)需求方的公私鑰對為pk，sk。各主體隨機(jī)選擇x，x∈Z，其中：

sk=x" " pk=g" " sk=x" " pk=g

公鑰將對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點公開，私鑰由各主體秘密保存，公私鑰將被用于后續(xù)快遞數(shù)據(jù)加解密的環(huán)節(jié)中。

（3）第一次加密：數(shù)據(jù)需求方在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中向?qū)徍瞬块T發(fā)出數(shù)據(jù)請求，審核部門收到請求后在區(qū)塊鏈中查找到與所需數(shù)據(jù)相關(guān)的密文，并對其進(jìn)行解密操作，得到數(shù)據(jù)在云存儲服務(wù)器的存儲地址和對稱密鑰，審核部門訪問云存儲服務(wù)器并獲取快遞原始數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行審核與處理，達(dá)到數(shù)據(jù)出境的要求后，審核部門將這些快遞數(shù)據(jù)作為明文M，并執(zhí)行第一次的加密算法。審核部門輸入公共參數(shù)PP、審核部門的公鑰pk和明文M，輸出初始密文CT，并生成關(guān)鍵字w，將CT和w上鏈。隨機(jī)選擇k∈Z，CT的計算過程為：

c=g" " c=M·eg，pk" " c=HHc||Hc||c" " CT=c，c，c

此外，明文M可通過如下公式計算得出：

M=

（4）重加密密鑰生成：代理節(jié)點收到審核部門的指令后，生成重加密密鑰，用于后續(xù)對密文進(jìn)行的重加密環(huán)節(jié)中。輸入公共參數(shù)PP、數(shù)據(jù)需求方的公鑰pk和審核部門的私鑰sk，輸出重加密密鑰rk。隨機(jī)選擇r∈Z，rk的計算過程為：

rk=g" " rk=g·pk" " rk=epk，pk" " rk=h， h" " rk=rk，rk，rk，rk

（5）重加密密文生成：代理節(jié)點收到審核部門的指令后，對密文進(jìn)行重加密操作，并將重加密密文發(fā)送給數(shù)據(jù)需求方。輸入重加密密鑰rk和初始密文CT，輸出重加密密文CT。CT的計算過程為：

θ=Hrk" " c=c" " c=c·ec，rk" " c=c" " c=rk" " c=rk" " c=hh" " CT=c，c，c，c，c，c

（6）解密重加密密文：數(shù)據(jù)需求方對重加密密文進(jìn)行解密操作，即可得到所需的快遞數(shù)據(jù)明文。輸入公共參數(shù)PP、數(shù)據(jù)需求方的私鑰sk和重加密密文CT，輸出明文M。對CT解密獲取明文M的計算過程為：

M=

符合我國數(shù)據(jù)出境要求的快遞數(shù)據(jù)被數(shù)據(jù)需求方獲取后，則納入到目標(biāo)國家的云存儲中，供數(shù)據(jù)需求方使用與存儲，如有反向的數(shù)據(jù)需求，則可將本方案中的身份對調(diào)，即由目標(biāo)國家的審核部門對數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)管，委托代理節(jié)點對數(shù)據(jù)密文進(jìn)行重加密操作，并發(fā)送給我國的數(shù)據(jù)需求方，便能夠?qū)崿F(xiàn)反向的數(shù)據(jù)傳遞。

3" 方案分析

3.1" 正確性分析

欲驗證本文所述方案的正確性，即驗證明文M解密公式的正確性。

" 首先，對第一次加密后的解密公式M=進(jìn)行證明：

M=====M

其次，對重加密后的解密公式M=進(jìn)行證明：

M=====M

故本文所述方案的正確性得證。

3.2" 安全性分析

本文所述方案具有可追溯性、不可篡改性、數(shù)據(jù)真實性、隱私保護(hù)性，并可以抵御中間人攻擊。

" 區(qū)塊通常由區(qū)塊頭和區(qū)塊體組成，區(qū)塊頭包含該區(qū)塊的哈希值，而該哈希值由當(dāng)前區(qū)塊的時間戳、前置區(qū)塊的哈希值、當(dāng)前區(qū)塊的Merkle根等決定，且當(dāng)前區(qū)塊的Merkle根是由塊上所有的交易信息所決定的。因此，存儲在區(qū)塊鏈上的所有快遞信息都可以被追溯，根據(jù)快遞信息產(chǎn)生與交易的時間戳，形成一個可追溯的單向存儲鏈。

本文方案基于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，每個用戶所生成的數(shù)據(jù)都伴隨著對應(yīng)的哈希值，篡改數(shù)據(jù)的惡意節(jié)點可能會破壞存儲位置并篡改數(shù)據(jù)，但篡改數(shù)據(jù)的行為無法使存儲在區(qū)塊鏈上的哈希值與篡改之前相同，況且這種篡改所需要的代價是巨大的，因此本文方案不會受到數(shù)據(jù)篡改的影響。

" 同時，在本文方案中，初始密文CT、重加密密鑰rk、重加密密文CT的生成是通過區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)的計算節(jié)點得出的，并準(zhǔn)備公開到區(qū)塊鏈上，其他節(jié)點對于CT=c，c，c，可通過驗證c=HHc||Hc||c的正確性以達(dá)成共識，進(jìn)而數(shù)據(jù)得以上鏈，并參與后續(xù)的運算；同理，對于rk=rk，rk，rk，rk，可驗證rk=h·h的正確性，對于CT

=c，c，c，c，c，c，可驗證c=hh的正確性。因此，通過此方法可防止某些惡意節(jié)點參與到密文生成與代理重加密的運算當(dāng)中，同時，參與共識的節(jié)點無法獲取到明文信息，在隱私保護(hù)的前提下有效地保證了鏈上數(shù)據(jù)的真實性。

在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，身份認(rèn)證節(jié)點充當(dāng)著證書頒發(fā)機(jī)構(gòu)的作用，用戶的公鑰自生成后就被存儲在區(qū)塊當(dāng)中，而且區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N分布式賬本，鏈上的數(shù)據(jù)與前后的區(qū)塊相連接，因此本文所述方案能夠抵御中間人攻擊，攻擊者很難為用戶提供偽造的密鑰，同時區(qū)塊鏈的分布式結(jié)構(gòu)也能夠避免單點故障帶來的問題。

3.3" 實驗分析

" 為驗證本文方案的可行性，在計算機(jī)上進(jìn)行模擬實驗。實驗環(huán)境配置為Intel（R）Core（TM）i5-7200U CPU@2.50GHz，4GB內(nèi)存，操作系統(tǒng)為64位Windows10，編程語言為Java和Solidity，開發(fā)環(huán)境為IDEA 2023.2和Remix編輯器。模擬實驗的結(jié)果如圖2所示，對于第一次加密環(huán)節(jié)中的設(shè)置的明文M，經(jīng)過重解密后能夠還原其數(shù)值。根據(jù)本文方案，測試每個環(huán)節(jié)的計算開銷如圖3所示。折線①至折線⑥分別表示總計算開銷、初始化與生成公私鑰對、第一次加密、重解密、生成重加密密文、生成重加密密鑰的計算開銷。本文方案在區(qū)塊鏈的模擬是通過Remix編輯器中的區(qū)塊鏈測試網(wǎng)絡(luò)完成的，計算智能合約的開銷如表1所示。智能合約的部署與調(diào)用消耗了796 734Gas，對相關(guān)節(jié)點的部署消耗了159 954Gas，對初始密文和重加密密文的上鏈操作分別消耗了53 195Gas和33 598Gas，以2024年1月9日以太坊Gas平均價格為例（1Gas=24.802 785 501Gwei），對應(yīng)的成本分別為1.867 799 451美元、0.374 983 361美元、0.123 706 102美元和0.078 764 463美元。由此可見，本文方案是可行且有效的，并能夠以較低的開銷實現(xiàn)快遞出海模式下的數(shù)據(jù)安全共享。

4" 結(jié)" 論

" 本文將代理重加密技術(shù)與區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到快遞出海的數(shù)據(jù)共享領(lǐng)域，提出了一種基于區(qū)塊鏈和代理重加密的快遞出海數(shù)據(jù)共享方案。根據(jù)目前全球各國對數(shù)據(jù)出境交互的安全需求，對方案進(jìn)行設(shè)計，確保在隱私數(shù)據(jù)不出境的前提下進(jìn)行數(shù)據(jù)安全共享。通過理論分析和模擬實驗，驗證本文方案具備正確性、安全性和可行性。

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收稿日期：2024-01-18

基金項目：浙江省人社廳項目“面向大數(shù)據(jù)的分布式隱私保護(hù)機(jī)制及應(yīng)用研究”

作者簡介：劉懷駿（2000—），男，遼寧沈陽人，南京郵電大學(xué)現(xiàn)代郵政學(xué)院碩士研究生，研究方向：信息安全；徐勁松（1975—），本文通信作者，男，江蘇南京人，南京郵電大學(xué)現(xiàn)代郵政學(xué)院，副教授，研究方向：郵政通信網(wǎng)絡(luò)、信息安全。

引文格式：劉懷駿，徐勁松. 基于區(qū)塊鏈和代理重加密的快遞出海數(shù)據(jù)共享方案[J]. 物流科技，2025，48（3）：82-86.