[发明专利]去中心化存储中的大数据完整性持续审计方案

说明书

本发明属于数据完整性审计领域，具体涉及一种去中心化存储中的大数据完整性持续审计方案。包含数据所有者和存储提供者，其中数据所有者为验证方，存储提供者为证明方。该方案的步骤如下：数据所有者对数据进行预处理，生成公共参数。数据所有者使用数据和公共参数，生成标签集，并将公共参数发送给存储提供者。存储提供者采用持续可验证延迟函数和、可检索性证明技术和可验证随机函数，通过数据和公共参数进行计算，得到结果集、证明集和质询集。然后将生成的结果集发送给数据所有者。数据所有者针对收到的结果集进行验证计算，得到验证结果。本发明不仅保证可以持续进行数据完整性的准确验证，还可以降低质询阶段和证明阶段的传输成本。

技术领域

本发明属于数据完整性审计领域，具体设计一种基于持续可验证延迟函数(Continuous Verifiable Delay Function,cVDF)、可检索性证明(Proof ofRetrievability,PoR)和可验证随机函数(Verifiable Random Function,VRF)的数据完整性审计方案。

背景技术

近年来，来自个人设备、互联网、物联网等各种来源的数据呈爆炸式增长。外包存储服务已成为数据所有者将大数据上传到远程存储服务器的新趋势，其中云存储服务已成为数据所有者的热门选择。作为云计算不可或缺的一部分，云存储使数据存储成为一项服务，其中数据外包给云存储提供商维护的云服务器。然而，云存储具有集中式存储形式，由于系统故障、断电甚至恶意攻击等原因，出现单点故障，导致云存储中大量数据泄露或丢失。去中心化存储与云存储相比，被认为提供了许多吸引人的优势。首先，在许多情况下去中心化存储具有优越的弹性扩展特性，使得数据所有者的数据冗余地分布到许多不同的存储提供商。其次，去中心化存储可以以更低的成本为用户提供丰富的存储容量。去中心化存储汇集了来自许多个人设备的存储空间，并消除了维护数据中心的许多负担，例如服务器的购买、放置、管理和冷却，从而大大降低了存储成本。最后，去中心化存储可以收集个人电脑中的废弃存储，并有潜力提供比云存储更大的存储市场。

尽管去中心化存储提供了一长串的好处，但在广泛部署去中心化存储之前，仍然存在各种各样的障碍。由于去中心化存储鼓励所有个人参与，所以一定存在部分不合格或不诚实的存储提供商，他们提供的存储服务质量很差，而不是声称的存储服务质量。结果，数据所有者将被欺骗，并为所声称的存储服务多收费。此外，不合格的存储提供商通常拥有有限的计算能力、老化的硬盘、低版本的操作系统等，容易产生安全风险，威胁数据所有者的数据。因此，在整个存储周期内持续检测数据完整性，以检测存储服务质量，成为去中心化存储中一个至关重要且具有挑战性的问题。

为了保证计算结果唯一性和抗并行性，前人已经提出了很多类型的可验证延时函数 VRFs，其中包括一般的可验证延迟函数(Verifiable Delay Function,VDF)、具有后门的可验证延迟函数(Trapdoor VDF,TDF)、可解码的可验证延迟函数(Decodable VDF)。2020年Ephraim 等人提出了一种持续可验证的延迟函数cVDF(Naomi Ephraim,Cody Freitag,Ilan Komargodski, et al.Continuous Verifiable Delay Functions[J].Springer,Cham,2020.)。相比于其他的可验证延迟函数，cVDF能够在计算过程中持续的验证计算结果，即数据计算中断后可以用现有的结果继续计算。cVDF采用n叉树的结构，将数据的计算过程表现在叶子节点的依次计算上，并利用树中节点合并的特点，对结果数据进行简化，进而减少后续验证的时间，增加每次验证的时间跨度。下文提到的节点，均指cVDF中n叉树结构上的节点。每一个节点的计算包含Eval函数和Verify函数。cVDF包含初始化函数，Eval函数和Verify函数。并且，由现有实验数据表明，树结构的宽度为64时，节点总数为534306，cVDF中所有节点的Eval函数的计算总时间开销大约为1小时。