区块链交易隐私保护技术综述

doi:10.11772/j.issn.1001-9081.2022101555

《计算机应用》唯一官方网站 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (10): 2996-3007.DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2022101555

区块链交易隐私保护技术综述

谢晴晴¹^,²(), 杨念民¹^,², 冯霞³

^1.江苏大学计算机科学与通信工程学院，江苏镇江 212013
^2.江苏省工业网络安全技术重点实验室（江苏大学），江苏镇江 212013
^3.江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江 212013

收稿日期:2022-10-18 修回日期:2023-01-09 接受日期:2023-01-10 发布日期:2023-04-12 出版日期:2023-10-10
通讯作者: 谢晴晴
作者简介:杨念民（1998—），男，江西赣州人，硕士研究生，主要研究方向：区块链监管、数字货币
冯霞（1983—），女，江苏镇江人，副教授，博士，主要研究方向：物联网、认证协议、区块链、应用密码学。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(62002139);中国博士后科学基金资助项目(2019M651738);江苏省自然科学基金资助项目(BK20200886)

Survey on privacy-preserving technology for blockchain transaction

Qingqing XIE¹^,²(), Nianmin YANG¹^,², Xia FENG³

^1.School of Computer Science and Communication Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang Jiangsu 212013，China
^2.Jiangsu Key Laboratory for Industrial Network Security Technology （Jiangsu University），Zhenjiang Jiangsu 212013，China
^3.School of Automotive and Traffic Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang Jiangsu 212013，China

Received:2022-10-18 Revised:2023-01-09 Accepted:2023-01-10 Online:2023-04-12 Published:2023-10-10
Contact: Qingqing XIE
About author:YANG Nianmin， born in 1998， M. S. candidate. His research interests include blockchain supervision， digital currency.
FENG Xia， born in 1983， Ph. D.， associate professor. Her research interests include internet of things， authentication protocol， blockchain， applied cryptography.
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(62002139);China Postdoctoral Science Foundation(2019M651738);Natural Science Foundation of Jiangsu Province(BK20200886)

摘要/Abstract

摘要：

区块链账本数据是公开透明的。一些攻击者可以通过分析账本数据来获取敏感信息，这对用户的交易隐私造成威胁。鉴于区块链交易隐私保护的重要性，首先分析产生交易隐私泄露的原因，并将交易隐私分为交易者身份隐私和交易数据隐私两类；其次，从这两种不同类型的隐私角度，阐述现有的面向区块链交易的隐私保护技术；接着，鉴于隐私保护和监管之间的矛盾性，介绍兼具监管的交易身份隐私保护方案；最后，总结和展望了区块链交易隐私保护技术未来的研究方向。

关键词: 区块链, 交易隐私保护, 身份隐私, 交易数据隐私, 交易监管

Abstract:

Blockchain ledger is open and transparent. Some attackers can obtain sensitive information through analyzing the ledger data. It causes a great threat to users’ privacy preservation of transaction. In view of the importance of blockchain transaction privacy preservation， the causes of the transaction privacy leakage were analyzed at first， and the transaction privacy was divided into two types： the transaction participator’s identity privacy and transaction data privacy. Then， in the perspectives of these two types of transaction privacy， the existing privacy-preserving technologies for blockchain transaction were presented. Next， in view of the contradiction between the transaction identity privacy preservation and supervision， transaction identity privacy preservation schemes considering supervision were introduced. Finally， the future research directions of the privacy-preserving technologies for blockchain transaction were summarized and prospected.

Key words: blockchain, transaction privacy preservation, identity privacy, transaction data privacy, transaction supervision

中图分类号:

TP309

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图/表 8

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	WANG J S， LI L L， YAN Y， et al. Security incidents and solutions of blockchain technology application［J］. Computer Science， 2018， 45（6A）： 352-355， 382. 10.11896/j.issn.1002-137X.2018.Z6.077
69	LI Y， YANG G， SUSILO W， et al. Traceable Monero： anonymous cryptocurrency with enhanced accountability［J］. IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing， 2021， 18（2）： 679-691. 10.1109/tdsc.2019.2910058
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	CAO X L， ZHANG J H， LIU B. Review on security， privacy， and performance issues of blockchain［J］. Computer Integrated Manufacturing Systems， 2021， 27（7）： 2078-2094.
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91	MASHAHDI S， BAGHERPOUR B， ZAGHIAN A. A non-interactive （t， n）-publicly verifiable multi-secret sharing scheme［J］. Designs， Codes and Cryptography， 2022， 90（8）： 1761-1782. 10.1007/s10623-022-01082-8
92	VEUGEN T. Secure multi-party computation and its applications［C］// Proceedings of the 2022 International Conference on Innovations for Community Services， CCIS 1585. Cham： Springer， 2022： 3-5.
93	孙浩，毛瀚宇，张岩峰，等. 区块链跨链技术发展及应用［J］. 计算机科学， 2022， 49（5）： 287-295. 10.11896/jsjkx.210800132
	SUN H， MAO H Y， ZHANG Y F， et al. Development and application of blockchain cross-chain technology［J］. Computer Science， 2022， 49（5）： 287-295. 10.11896/jsjkx.210800132
94	PEREZ A J， ZEADALLY S. Secure and privacy-preserving crowdsensing using smart contracts［J］. Computer Science Review， 2022， 43： No.100450. 10.1016/j.cosrev.2021.100450
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96	SHENG G， QIAN Q， ZHANG R， et al. A privacy-preserving identity authentication scheme based on the blockchain［J］. Security and Communication Networks， 2021， 2021： No.9992353. 10.1155/2021/9992353

方案	结构	不可链接性	盗窃风险	抗DoS攻击	抗Sybil攻击
可问责的混币方案^［28］	中心化	部分	中	高	高
盲币^［29］	中心化	√	中	高	高
联合混币^［30］	去中心化	部分	低	低	低
达世币^［31］	去中心化	部分	中	高	高
基于解密混合网的混币方案^［32］	去中心化	√	低	低	低
安全多方混币方案^［33］	去中心化	√	低	高	高
基于去中心化分布式签名的混币方案^［34］	去中心化	√	低	高	高
面向大规模比特币交易的高效混币方案^［35］	去中心化	√	低	高	高

方案	结构	不可链接性	盗窃风险	抗DoS攻击	抗Sybil攻击
可问责的混币方案^［28］	中心化	部分	中	高	高
盲币^［29］	中心化	√	中	高	高
联合混币^［30］	去中心化	部分	低	低	低
达世币^［31］	去中心化	部分	中	高	高
基于解密混合网的混币方案^［32］	去中心化	√	低	低	低
安全多方混币方案^［33］	去中心化	√	低	高	高
基于去中心化分布式签名的混币方案^［34］	去中心化	√	低	高	高
面向大规模比特币交易的高效混币方案^［35］	去中心化	√	低	高	高

技术名称	优点	缺点
零币^［36］	匿名性强	不支持精确值支付，计算和存储开销大，验证时间长
零钞^［37］	支持精确值支付，匿名性强	依赖可信第三方，交易效率低，计算和存储开销大
基于环签名和一次性公钥的电子货币系统^［38］	具有不可链接性和不可追踪性	匿名性强度取决于环成员数量
基于环签名的交易混合方案^［39］	具有不可链接性	交易金额须保持一致

技术名称	优点	缺点
零币^［36］	匿名性强	不支持精确值支付，计算和存储开销大，验证时间长
零钞^［37］	支持精确值支付，匿名性强	依赖可信第三方，交易效率低，计算和存储开销大
基于环签名和一次性公钥的电子货币系统^［38］	具有不可链接性和不可追踪性	匿名性强度取决于环成员数量
基于环签名的交易混合方案^［39］	具有不可链接性	交易金额须保持一致

方案	优点	缺点
机密交易^［48］	支持密文验证	占据较大存储空间，交易接收者无法解密输出密文
基于Paillier加密算法的隐私交易^［49］	支持密文验证，交易双方都可解密各自密文	计算开销大，占据较大的存储空间
基于twisited ElGamal加密算法的隐私交易^［50］	支持密文验证，加解密效率高	需要一定的验证开销
基于区块链和属性基可搜索加密的医疗数据保护方案^［51］	支持密文检索和数据的安全存储，避免单点故障	计算开销随属性增多而线性增长，仅支持单一关键字搜索
基于区块链和属性基加密的隐私保护能源交易^［52］	实现对交易数据的细粒度访问控制	计算开销随属性增多而线性增长
基于区块链的车用自组织网络数据细粒度访问控制方案^［53］	提供分布式的、细粒度的数据共享服务	易导致数据冗余，增加区块链存储负担

区块链交易隐私保护技术综述

Survey on privacy-preserving technology for blockchain transaction

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Metrics

方案	优点	缺点
可追踪的门罗币^［69］	隐私保护能力强，可追踪交易双方身份	计算开销大
基于区块链去中心化条件匿名支付系统^［71］	可监管、假名管理方便	未消除交易前后之间的关联性
隐私保护下可审计的代币系统^［74］	可审计、隐私保护能力强	计算开销和通信开销大
基于标签公钥加密算法的隐私保护框架^［77］	多方监管	未能保护交易接收者身份
可追溯、可转让和可分割的数字货币系统^［80］	实现了数字货币和现实货币互换	通信开销大
可认证且可审计的联盟链^［82］	可审计、隐私保护能力强	计算和存储开销大、验证时间长、交易效率低
面向加密货币的隐私保护的许可链架构^［85］	数据的公开透明和机密性	对验证节点可信度要求高

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