一种支持动态标签的区块链数据隐蔽传输机制

doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.05.013

西安电子科技大学学报 ›› 2020, Vol. 47 ›› Issue (5): 94-102.doi: 10.19665/j.issn1001-2400.2020.05.013

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一种支持动态标签的区块链数据隐蔽传输机制

司成祥¹(),高峰²,祝烈煌^2,^*(),巩国鹏³,张璨²,陈卓²,李锐光¹

1.国家计算机网络应急技术处理协调中心,北京 100029
2.北京理工大学计算机学院,北京 100081
3.临沂市财金大数据有限公司,山东临沂276000

收稿日期:2020-05-20 出版日期:2020-10-20 发布日期:2020-11-06
通讯作者: 祝烈煌
作者简介:司成祥(1982-),男,高级工程师,E-mail: sichengxiang@cert.org.cn
基金资助:
国家自然科学联合基金(U1836212)

Covert data transmission mechanism based on dynamic label in blockchain

SI Chengxiang¹(),GAO Feng²,ZHU Liehuang^2,^*(),GONG Guopeng³,ZHANG Can²,CHEN Zhuo²,LI Ruiguang¹

1. National Computer Network Emergency Response Technical Team/Coordination Center of China (CNCERT/CC), Beijing 100029, China
2. School of Computer Science, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
3. Linyi Financial Big Data LTD, Linyi 276000, China

Received:2020-05-20 Online:2020-10-20 Published:2020-11-06
Contact: Liehuang ZHU

摘要/Abstract

摘要：

针对传统的区块链数据隐蔽传输方案存在隐蔽性差、信道容量低、时间成本高的问题,设计了一种将数据嵌入机制和交易筛选机制分离的新模型,提出了一种基于地址动态标签的交易筛选算法。该方案利用密钥相关的哈希运算消息认证码构造携带标签信息的特殊地址,使接收方能够高效隐蔽地从区块链账本海量数据中筛选出携带隐蔽信息的特殊交易,实现在开放式区块链环境下的数据隐蔽传输。仿真结果表明,所提方案能够在比特币真实网络中实现数据隐蔽传输。方案的隐蔽性和效率优于传统方案,具有较强的实用性。

关键词: 区块链, 信息隐藏, 密钥相关的哈希运算消息认证码, 动态标签, 隐写术

Abstract:

The existing blockchain data covert transmission scheme is faced with the problems of poor concealment, small channel capacity and low efficiency. This paper designs a new model for separating the data embedding mechanism from the transaction filtering mechanism, and proposes a new filtering algorithm based on the address dynamic label. In this scheme,the HMAC algorithm is used to construct the special address label, so that the receiving party can effectively screen the special transaction carrying the concealed information from the massive data in the blockchain ledger, and realize the concealed data transmission in the open blockchain scenario. Simulation results show that the proposed scheme can realize the hidden transmission of data in the real bitcoin network. The concealment and efficiency of the scheme are better than those of the traditional scheme.

Key words: blockchain, information hiding, hash-based message authentication code, dynamic labels, steganography

中图分类号:

TP309.2

司成祥,高峰,祝烈煌,巩国鹏,张璨,陈卓,李锐光. 一种支持动态标签的区块链数据隐蔽传输机制[J]. 西安电子科技大学学报, 2020, 47(5): 94-102.

SI Chengxiang,GAO Feng,ZHU Liehuang,GONG Guopeng,ZHANG Can,CHEN Zhuo,LI Ruiguang. Covert data transmission mechanism based on dynamic label in blockchain[J]. Journal of Xidian University, 2020, 47(5): 94-102.

图/表 6

图1

表1

表2

图2

表3

表4

参考文献 11

[1]	CACHIN C. An Information-theoretic Model for Steganography[J]. Information and Computation, 2004,192(1):41-56. doi: 10.1016/j.ic.2004.02.003
[2]	肖博, 黄永峰. 流媒体隐蔽通信系统模型及性能优化[J]. 西安电子科技大学学报, 2008,35(3):554-558.
	XIAO Bo, HUANG Yongfeng. Modeling and Optimizing of the Information Hiding Communication System over Streaming Media[J]. Journal of Xidian University, 2008,35(3):554-558.
[3]	GAO F, ZHU L, GAI K, et al. Achieving a Covert Channel over an Open Blockchain Network[J]. IEEE Network, 2020,34(2):6-13.
[4]	TIAN J, GOU G, LIU C, et al. DLchain: a Covert Channel over Blockchain Based on Dynamic Labels [C]//Lecture Notes in Computer Science: 11999. Heidelberg: Springer, 2020: 814-830.
[5]	PARTALA J. Provably Secure Covert Communication on Blockchain[J]. Cryptography, 2018,2(3):2030018.
[6]	BASUKI A I, ROSIYADI D. Joint Transaction-Image Steganography for High Capacity Covert Communication [C]//Proceedings of the 2019 International Conference on Computer, Control, Informatics and Its Applications. Piscataway: IEEE, 2019: 41-46.
[7]	祝烈煌, 高峰, 沈蒙, 等. 区块链隐私保护研究综述[J]. 计算机研究与发展, 2017,54(10):2170-2186.
	ZHU Liehuang, GAO Feng, SHEN Meng, et al. Survey on Privacy Preserving Techniques for Blockchain Technology[J]. Journal of Computer Research and Development, 2017,54(10):2170-2186.
[8]	FIONOV A. Exploring Covert Channels in Bitcoin Transactions [C]//Proceedings of the 2019 International Multi-Conference on Engineering, Computer and Information Sciences. Piscataway: IEEE, 2019: 59-64.
[9]	高峰, 毛洪亮, 吴震, 等. 轻量级比特币交易溯源机制[J]. 计算机学报, 2018,41(5):23-38.
	GAO Feng, MAO Hongliang, WU Zhen, et al. Lightweight Transaction Tracing Technology for Bitcoin[J]. Chinese Journal of Computers, 2018,41(5):23-38.
[10]	Pybitcointools. Python library for Crypto coins signatures and transactions[EB /OL].[2020-07-18].https://github.com/primal100/pybitcointools.
[11]	Blockcypher. Bitcoin API[OL/EB].[2020-07-18]. https://www.blockcypher.com/dev/bitcoin/#introduction.

缩写	解释
blockHeight	最新的区块高度
blockHash_i	指定高度i的区块的哈希值
Addr_sk	地址对应的私钥
Addr_special	生成的特殊地址
tx_special_list{}	存放特殊交易哈希值的列表
Create_addr()	区块链地址生成函数
HMAC()	密钥相关的哈希运算消息认证码函数
getBlockHash()	获取指定高度区块哈希值的函数
getBlockHeight()	获取区块链系统中最新区块高度的函数

缩写	解释	平均时间/s
t_randomNum	生成随机数	0.000 001 6
t_createAddress	基于获取的哈希值生成地址	0.003 869 9
t_api_height	调用API获取比特币最新高度	1.318 741 3
t_api_hash	调用API获取比特币最新高度	1.571 474 2
t_api_getTx	调用API获取指定地址的相关交易	1.395 004 0
t_api_sendTx	调用API发送比特币交易	2.839 770 6
T_sender	发送方发送1次特殊交易的时间	5.073 886 8
T_receiver_1	接收方检查1个区块的时间	5.837 349 6

[1]	杨颜博,张嘉伟,马建峰. 一种使用区块链保护车联网数据隐私的方法[J]. 西安电子科技大学学报, 2021, 48(3): 21-30.
[2]	王俊祥,黄霖,张影,倪江群,林朗. 低复杂度的增强图像来源检测算法[J]. 西安电子科技大学学报, 2021, 48(1): 96-106.
[3]	李金泽,王中豪,李孟恒,覃团发. 一种划分小区域的区块链频谱共享管理方法[J]. 西安电子科技大学学报, 2020, 47(6): 122-130.
[4]	翟社平,汪一景,陈思吉. 区块链技术在电子病历共享的应用研究[J]. 西安电子科技大学学报, 2020, 47(5): 103-112.
[5]	张颖浩,刘肖凡. 卫星广播网络环境下区块链协议的初步研究[J]. 西安电子科技大学学报, 2020, 47(5): 11-18.
[6]	李涵,张晨,黄荷姣,郭宇. 一种支持前向安全更新和验证的加密搜索算法[J]. 西安电子科技大学学报, 2020, 47(5): 48-56.
[7]	丁勇,相恒奎,罗得寸,邹秀清,梁海. 一种结合Fabric技术的电子存证方案[J]. 西安电子科技大学学报, 2020, 47(5): 113-121.
[8]	赵子军,应作斌,杨钊,刘西蒙,马建峰. 结合区块链和车辆社交网络的车队成员推荐[J]. 西安电子科技大学学报, 2020, 47(5): 122-129.
[9]	蓝怡琴,张方国,田海博. 利用门罗币实现隐蔽通信[J]. 西安电子科技大学学报, 2020, 47(5): 19-27.
[10]	王慧,王励成,柏雪,刘清华,沈晓鹰. 区块链隐私保护和扩容关键技术研究[J]. 西安电子科技大学学报, 2020, 47(5): 28-39.
[11]	王家恒,乐煜炜,张博文,郭瑞伟,高征,王子悦,凌昕彤. 区块链无线接入网:面向未来移动通信的新架构[J]. 西安电子科技大学学报, 2020, 47(5): 3-10.
[12]	刘乃安,陈智浩,刘国堃,李洋. 一种面向区块链验证节点的声誉证明共识机制[J]. 西安电子科技大学学报, 2020, 47(5): 57-62.
[13]	马诗洋,董学文,权义宁,佟威,杨凌霄. 区块链共识窗口下Web服务兼容性评价方法[J]. 西安电子科技大学学报, 2020, 47(5): 63-69.
[14]	谢奕希,吉立新. 一种区块链驱动的生物启发式威胁检测方法[J]. 西安电子科技大学学报, 2020, 47(5): 70-76.
[15]	陈思吉,翟社平,汪一景. 一种基于环签名的区块链隐私保护算法[J]. 西安电子科技大学学报, 2020, 47(5): 86-93.

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Covert data transmission mechanism based on dynamic label in blockchain

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需求类别	数据嵌入机制	交易筛选机制
隐蔽性需求	中,根据传输任务灵活调整	高,不可区分
信道容量需求	高	低
效率需求	低	高

数据嵌入机制	信道容量	隐蔽性	性能
地址、签名LSB方案	低,1~5 bit	高	低
金额参数	低,16 bit	低	中
签名对应的私钥	高,255 bit	高	低
专用存储参数	高, 大于80 Byte	低	高