引用格式：趙雄偉，滕威，楚鴻偉. 基于區(qū)塊鏈的云邊協(xié)同大規(guī)模IoT數(shù)據(jù)完整性驗證［J］.網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)治理，2025，44（10）：66-74.
引言
隨著無線網(wǎng)絡(luò)和5G技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、智慧城市和醫(yī)療健康等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用［1］。數(shù)據(jù)的爆炸性增長，對本地存儲空間提出更高要求，同時也增加了采購和維護(hù)成本。為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，云存儲服務(wù)應(yīng)運而生，它提供了高效便捷的解決方案。云存儲服務(wù)以其經(jīng)濟(jì)性成為物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲的主要選擇。然而，云存儲也帶來數(shù)據(jù)完整性的隱患，如數(shù)據(jù)丟失、惡意攻擊或服務(wù)器故意刪除不常用數(shù)據(jù)等問題［2-3］。因此，對存儲在云存儲提供商(Cloud Storage Provider, CSP)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性驗證十分必要。
傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)完整性驗證方案中，通常由數(shù)據(jù)擁有者(DO)或第三方驗證機(jī)構(gòu)(TPA)對數(shù)據(jù)的完整性進(jìn)行驗證。由DO進(jìn)行數(shù)據(jù)完整性驗證的方案稱為私有驗證，這種驗證方案會給DO帶來較大的計算和通信開銷，同時存在驗證結(jié)果不可信問題［4］。為此，Wang等人［5］提出了一種基于Merkle哈希樹的完整性驗證協(xié)議，借助獨立TPA完成驗證操作。Shen等人［6］提出一種可公開驗證的方案，避免用戶因上傳錯誤的元數(shù)據(jù)而導(dǎo)致審計失敗。符慶曉等人［7］提出了一種基于鄰接表的動態(tài)數(shù)據(jù)完整性驗證方案。王睿垚等人［8］提出基于代數(shù)運算的安全PDP協(xié)議，顯著降低標(biāo)簽生成和驗證的時間開銷。張曉均等人［9］面向工業(yè)云存儲數(shù)據(jù)，基于雙線性對構(gòu)建數(shù)據(jù)完整性審計協(xié)議，引入可信TPA以減輕用戶計算壓力并實現(xiàn)高效驗證。楊帆等人［10］針對單一審計者可能導(dǎo)致審計失敗的問題，設(shè)計了支持審計者更換的云數(shù)據(jù)完整性審計方案，提升了審計服務(wù)的可用性與穩(wěn)定性。
然而，TPA可能在未驗證CSP返回的證明的情況下欺騙DO，甚至在數(shù)據(jù)被篡改的情況下，與CSP勾結(jié)而虛假聲明數(shù)據(jù)完整性。此外，作為集中式機(jī)構(gòu)，TPA還面臨單點故障風(fēng)險。
區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、不可篡改、數(shù)據(jù)可追溯的特點，可以在無需所有節(jié)點均誠實可信的情況下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的去中心化驗證，同時避免單點故障的風(fēng)險［11］。Liu等人［12］提出了一個面向物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)完整性審計服務(wù)框架，但該方案不適合大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)場景。Xu等人［13］基于模冪運算構(gòu)建了一個支持仲裁的數(shù)據(jù)完整性審計方案，并通過智能合約保證驗證和仲裁過程的公平性。陳建偉等人［14］面向電網(wǎng)多維數(shù)據(jù)的雙端驗證與共享需求，提出基于區(qū)塊鏈的可驗證聚合與分享方案，有效降低計算與通信開銷。Lin等人［15］設(shè)計了一個支持公共審計的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)審計方案，通過部署在區(qū)塊鏈上的智能合約檢查TPA的驗證結(jié)果。楊小東等人［16］提出了一種基于區(qū)塊鏈和霧計算協(xié)同的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)完整性審計方案，降低了區(qū)塊鏈上的計算開銷。王子園等人［17］提出了一種邊緣環(huán)境下的無證書的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)完整性驗證方案，使用邊緣節(jié)點進(jìn)行驗證工作，有效轉(zhuǎn)移DO的計算負(fù)擔(dān)。
然而，在大規(guī)模IoT數(shù)據(jù)完整性驗證場景下，上述的數(shù)據(jù)完整性驗證方案仍然存在鏈上計算和存儲開銷大、面臨CSP重放攻擊、數(shù)據(jù)塊標(biāo)簽計算效率低的問題。為解決上述問題，本文提出一種基于區(qū)塊鏈的大規(guī)模數(shù)據(jù)完整性驗證方案。一方面，通過引入邊緣節(jié)點協(xié)助部署在區(qū)塊鏈上的智能合約完成數(shù)據(jù)完整性驗證，降低鏈上計算開銷。另一方面，通過ZSS短簽名構(gòu)建數(shù)據(jù)完整性驗證協(xié)議，有效減小數(shù)據(jù)塊標(biāo)簽計算開銷與鏈上存儲開銷，并支持批量驗證，提升驗證效率。表1對國內(nèi)外主流的IoT數(shù)據(jù)完整性驗證方案進(jìn)行了技術(shù)層面的系統(tǒng)對比，同時突出了本文方案在各關(guān)鍵維度上的優(yōu)勢。
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作者信息：
趙雄偉1，滕威2，楚鴻偉1
(1.佳緣科技股份有限公司，四川成都610097；
2.杭州電子科技大學(xué),浙江杭州310018)
