本發(fā)明涉及基于區(qū)塊鏈的公平數(shù)據(jù)交易方法，屬于區(qū)塊鏈技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

得益于信息通訊技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)據(jù)以前所未有的速度產(chǎn)生，大量的數(shù)據(jù)經(jīng)過深入分析和挖掘，應(yīng)用于金融、保險(xiǎn)、醫(yī)療保健、電子商務(wù)、政務(wù)管理等領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)的巨大價(jià)值得到了普遍的共識(shí)。然而，數(shù)據(jù)的價(jià)值只有在充分共享的前提下才能實(shí)現(xiàn)。目前大數(shù)據(jù)存在“孤島困境”，政企數(shù)據(jù)不同享，大數(shù)據(jù)平臺(tái)之間彼此孤立，用戶因?yàn)殡[私顧慮不愿共享數(shù)據(jù)。目前政府在大力推行數(shù)據(jù)共享，以解決數(shù)據(jù)孤島問題。

目前的數(shù)據(jù)交易方案一般基于中心式的大數(shù)據(jù)交易平臺(tái)，比如貴陽大數(shù)據(jù)交易中心、上海大數(shù)據(jù)交易中心，以及聚合數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)堂、數(shù)據(jù)寶等平臺(tái)。在這種模式下，用戶需通過可信的第三方實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交易，交易流程復(fù)雜，成本過高，交易公平性難以保證，易導(dǎo)致交易糾紛。

區(qū)塊鏈?zhǔn)潜忍貛诺让艽a貨幣的底層技術(shù)，它通過共識(shí)機(jī)制實(shí)現(xiàn)了去中心、不可篡改的交易記錄，并可以進(jìn)一步通過腳本或智能合約實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的、強(qiáng)制執(zhí)行的交易。采用基于區(qū)塊鏈的密碼貨幣作為支付手段，可以實(shí)現(xiàn)去中心化、強(qiáng)制執(zhí)行的交易過程。這種技術(shù)在金融、證券、保險(xiǎn)、醫(yī)療、it等領(lǐng)域受到了廣泛的重視和初步的應(yīng)用。

現(xiàn)有技術(shù)中基于比特幣區(qū)塊鏈的微支付，如微支付通道、彩票微支付等技術(shù)，可以在一定程度上解決交易公平的問題，但是它們均未用于數(shù)據(jù)交易，而且它們存在效率和公平性方面的問題?，F(xiàn)有技術(shù)中基于區(qū)塊鏈和零知識(shí)證明的隱私信息公平交易方案，僅適用于私鑰信息，并不能解決大量數(shù)據(jù)的公平交易，而且計(jì)算復(fù)雜度非常高。另外，已有的(非區(qū)塊鏈)公平交易方案均需要可信第三方保證交易公平性(在線或者離線方式)，不可避免地造成流程復(fù)雜、信息容易泄露。

設(shè)計(jì)一種流程簡單、成本低、公平的數(shù)據(jù)交易方法是大數(shù)據(jù)共享的迫切需求，具有重要的意義和巨大的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了基于區(qū)塊鏈的公平數(shù)據(jù)交易方法；本發(fā)明基于去中心化的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，采用基于區(qū)塊鏈的微支付技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了無中心、流程簡單、低成本、公平的數(shù)據(jù)交易。

通過本發(fā)明所提出的技術(shù)，數(shù)據(jù)的交易通過區(qū)塊鏈系統(tǒng)執(zhí)行，無需第三方進(jìn)行監(jiān)督，從而大大降低了成本，并極大地提高了效率。在區(qū)塊鏈基礎(chǔ)上，本發(fā)明采用了微支付機(jī)制，每次交易少量數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，避免了數(shù)據(jù)購買者一次性購買大量不合要求的數(shù)據(jù)；另一方面，數(shù)據(jù)出售者每次交易均可獲得相應(yīng)收益，避免了在未獲收益的情況下泄露所有數(shù)據(jù)，因而實(shí)現(xiàn)了公平的數(shù)據(jù)交易。本發(fā)明的微支付機(jī)制具有計(jì)算效率高、存儲(chǔ)代價(jià)小、安全性高、可擴(kuò)展性高的特點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

基于區(qū)塊鏈的公平數(shù)據(jù)交易方法，包括步驟如下：

a、數(shù)據(jù)出售者將每條數(shù)據(jù)分別用不同的密鑰進(jìn)行加密；數(shù)據(jù)購買者將數(shù)據(jù)購買費(fèi)用托管在區(qū)塊鏈上；

b、數(shù)據(jù)購買者用哈希鏈微支付每次使用哈希值交換一個(gè)或多個(gè)密鑰，解密相應(yīng)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行驗(yàn)證，重復(fù)多次交換直到交易結(jié)束；

c、數(shù)據(jù)出售者用最新得到的哈希值解鎖區(qū)塊鏈上托管的數(shù)據(jù)購買費(fèi)用，獲取應(yīng)得的數(shù)據(jù)購買費(fèi)用，并強(qiáng)制性將余額返回給數(shù)據(jù)購買者。

本發(fā)明將基于區(qū)塊鏈的加密貨幣與哈希鏈微支付技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的公平交易。并且本發(fā)明的交易方法可避免一次性大量購買的數(shù)據(jù)不符合需求的問題。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟a，包括步驟如下：

(1)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)：設(shè)定數(shù)據(jù)出售者(dataseller)s待出售n條數(shù)據(jù)，包括m1,m2…mi…mn；數(shù)據(jù)出售者s產(chǎn)生主密鑰(masterkey)mk；數(shù)據(jù)出售者s為每條數(shù)據(jù)產(chǎn)生子密鑰，數(shù)據(jù)m1,m2…mi…mn對(duì)應(yīng)的子密鑰分別為k1,k2…ki…kn；數(shù)據(jù)出售者s使用子密鑰k1,k2…ki…kn對(duì)數(shù)據(jù)m1,m2…mi…mn進(jìn)行加密，得到密文c1,c2…ci…cn；

(2)公布加密數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)出售者s將密文c1,c2…ci…cn公布給數(shù)據(jù)購買者(datapurchaser)p；

(3)資金托管：數(shù)據(jù)出售者s利用公鑰密碼算法生成公鑰pks和私鑰sks，數(shù)據(jù)購買者p利用所述公鑰密碼算法生成公鑰pkp和私鑰skp，并產(chǎn)生長度為n的哈希鏈hn→hn-1...→h1→h0,hi＝h(hi+1)，h是安全單向哈希函數(shù)；

數(shù)據(jù)購買者p將所有數(shù)據(jù)的支付費(fèi)用(假設(shè)該費(fèi)用p與s已事前協(xié)商好)以及h0交付給區(qū)塊鏈，并用自己的私鑰skp簽名，代表資金已由區(qū)塊鏈進(jìn)行托管；費(fèi)用支付條件為：如果每條數(shù)據(jù)的費(fèi)用相同，數(shù)據(jù)購買者p提供哈希鏈上的某個(gè)哈希值hi，區(qū)塊鏈將i/n的費(fèi)用發(fā)送到數(shù)據(jù)出售者s的公鑰pks，剩下的(1-i/n)的費(fèi)用返還到數(shù)據(jù)購買者p的公鑰pkp；否則，由數(shù)據(jù)購買者p、數(shù)據(jù)出售者雙方進(jìn)行協(xié)商，確定每條數(shù)據(jù)的費(fèi)用后，數(shù)據(jù)購買者p每次支付相應(yīng)地費(fèi)用。比如，假定當(dāng)前數(shù)據(jù)出售者s得到的最新哈希值為hi，下一條數(shù)據(jù)價(jià)值為5個(gè)單位，則數(shù)據(jù)購買者p將hi+5發(fā)送給數(shù)據(jù)出售者。

此外，數(shù)據(jù)購買者(或與數(shù)據(jù)出售者共同協(xié)商)可設(shè)定交易超時(shí)條件，當(dāng)交易超過給定截止時(shí)間仍未結(jié)束，數(shù)據(jù)購買者可以取回所有支付費(fèi)用。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟b，包括步驟如下：

(4)數(shù)據(jù)交換：數(shù)據(jù)出售者s將一條數(shù)據(jù)或若干條數(shù)據(jù)的子密鑰發(fā)送給數(shù)據(jù)購買者p，數(shù)據(jù)購買者p通過所述子密鑰解密獲取該條數(shù)據(jù)或若干條數(shù)據(jù)，并確認(rèn)該條數(shù)據(jù)或若干條數(shù)據(jù)是否符合要求，如果符合，將該條數(shù)據(jù)或若干條數(shù)據(jù)在哈希鏈上對(duì)應(yīng)的一個(gè)哈希值或若干個(gè)哈希值發(fā)送給數(shù)據(jù)出售者s，按照該方式進(jìn)行完所有的數(shù)據(jù)交換。

數(shù)據(jù)交換的具體過程如下：

數(shù)據(jù)出售者s將加密數(shù)據(jù)m1的子密鑰k1發(fā)送給數(shù)據(jù)購買者p，數(shù)據(jù)購買者p用子密鑰k1解密密文c1得到數(shù)據(jù)m1，確認(rèn)數(shù)據(jù)m1是否符合要求，判斷符合后，將哈希值h1發(fā)送給數(shù)據(jù)出售者s；數(shù)據(jù)出售者s驗(yàn)證哈希值h1，驗(yàn)證正確后，按照該數(shù)據(jù)交換方式逐條進(jìn)行數(shù)據(jù)交換直到其中一方停止發(fā)送消息為止。

交易雙方損失最低僅為一條數(shù)據(jù)或其對(duì)應(yīng)的費(fèi)用，并且該交易過程發(fā)生在區(qū)塊鏈下，不會(huì)記錄在區(qū)塊鏈上，因此具有較高的可擴(kuò)展性。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟c，包括步驟如下：

(5)交易結(jié)算：數(shù)據(jù)交換結(jié)束后，數(shù)據(jù)出售者s通過獲取的哈希值獲取相應(yīng)的費(fèi)用；或者，當(dāng)交易超過給定截止時(shí)間后，數(shù)據(jù)購買者取回所有的數(shù)據(jù)購買費(fèi)用。數(shù)據(jù)發(fā)送的順序可以任意，比如由數(shù)據(jù)購買者指定、數(shù)據(jù)出售者指定、或者雙方協(xié)商。

交易結(jié)算的具體過程如下：

數(shù)據(jù)交換結(jié)束后，假定數(shù)據(jù)出售者s最后收到的哈希值為hi，數(shù)據(jù)出售者s使用哈希值hi向區(qū)塊鏈認(rèn)領(lǐng)數(shù)據(jù)費(fèi)用，區(qū)塊鏈驗(yàn)證hi＝hⁱ(h0)后，hⁱ(h0)＝h(h(…h(huán)(h0)…))，即對(duì)h0進(jìn)行重復(fù)i次哈希計(jì)算，區(qū)塊鏈將所有數(shù)據(jù)的支付費(fèi)用的i/n支付給數(shù)據(jù)出售者s，并將所有數(shù)據(jù)的支付費(fèi)用的(1-i/n)返還給數(shù)據(jù)購買者p。由于哈希函數(shù)具有單向性，s不能通過hi推斷出hi+1，從而不能從區(qū)塊鏈中獲取更多的費(fèi)用。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(1)，ki＝h(mk,ri),h為安全單向哈希函數(shù)，安全單向哈希函數(shù)包括sha256、sha3；ri為隨機(jī)數(shù)，為保證安全性，ki的長度為不小于128比特；主密鑰mk的長度為不小于80比特。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(1)，數(shù)據(jù)出售者s使用加密算法(如aes加密算法)用子密鑰k1,k2…ki…kn對(duì)數(shù)據(jù)m1,m2…mi…mn分別進(jìn)行加密，得到密文c1,c2…ci…cn。

以上資金托管、交易結(jié)算可以采用基于區(qū)塊鏈的機(jī)制實(shí)現(xiàn)，如腳本或者智能合約。區(qū)塊鏈腳本系統(tǒng)(如比特幣)和智能合約系統(tǒng)均支持實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所需的資金托管(根據(jù)條件鎖定被托管資金)、交易結(jié)算(根據(jù)條件解鎖資金支付費(fèi)用并返還余額)等功能，自動(dòng)強(qiáng)制進(jìn)行結(jié)算。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(2)，數(shù)據(jù)出售者s將密文c1,c2…ci…cn公布給數(shù)據(jù)購買者p的方式包括：將密文c1,c2…ci…cn公布在允許數(shù)據(jù)購買者p訪問的公有云、私有云或區(qū)塊鏈上，并將數(shù)據(jù)公布方式告知p；或者，直接將密文c1,c2…ci…cn發(fā)送給數(shù)據(jù)購買者p。

本發(fā)明的有益效果為：

1、本發(fā)明在區(qū)塊鏈上設(shè)計(jì)了哈希鏈微支付機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了逐條數(shù)據(jù)交換，交易方可以隨時(shí)停止交易，保證了交易的公平性；

2、本發(fā)明每條數(shù)據(jù)交換發(fā)生于鏈下，數(shù)據(jù)交換過程無需區(qū)塊鏈記錄，鏈下數(shù)據(jù)交換完成后只需進(jìn)行一次交易結(jié)算，處理、存儲(chǔ)代價(jià)小，因而效率高、可擴(kuò)展性好。

3、本發(fā)明中每條數(shù)據(jù)用不同的子密鑰進(jìn)行加密，數(shù)據(jù)交換通過鏈下交換哈希值和加密密鑰進(jìn)行，數(shù)據(jù)交易過程中數(shù)據(jù)的隱私得到了很好地保護(hù)，不會(huì)泄露給第三方；

4、本發(fā)明通過區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)去中心化，無需第三方交易平臺(tái)，交易過程簡單，交易成本低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于區(qū)塊鏈的公平數(shù)據(jù)交易方法的流程示意圖；

圖2為正常交易1000條數(shù)據(jù)的過程示意圖；

圖3為s先停止提供密鑰交易停止的示意圖；

圖4為p先停止發(fā)送哈希值交易停止的示意圖；

圖5為交易雙方協(xié)商數(shù)據(jù)交換的過程示意圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步限定，但不限于此。

實(shí)施例

基于區(qū)塊鏈的公平數(shù)據(jù)交易方法，如圖1所示，包括步驟如下：

(1)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)：設(shè)定數(shù)據(jù)出售者(dataseller)s待出售1000條數(shù)據(jù)，包括m1、m2…mi…m1000；雙方協(xié)商，每條數(shù)據(jù)價(jià)值0.10元，1000條數(shù)據(jù)具體如表1所示：

表1

數(shù)據(jù)出售者s產(chǎn)生主密鑰(masterkey)mk＝ead57e206cef37881a434be6096347490d144345a05b8f93849ba1a5747a677；數(shù)據(jù)出售者s為每條數(shù)據(jù)產(chǎn)生子密鑰，數(shù)據(jù)m1,m2…mi…m1000對(duì)應(yīng)的子密鑰分別為k1,k2…ki…k1000；ki＝sha256(mk,ri)。ri為隨機(jī)數(shù)，可采用ri＝sha256(i)，i＝1,2,…,1000；

數(shù)據(jù)出售者產(chǎn)生一對(duì)公私鑰(pks，sks)，pks用于接收費(fèi)用。

數(shù)據(jù)出售者用ki對(duì)mi(i＝1,2,…,1000)用aes加密算法進(jìn)行加密，得到密文ci＝aes(ki,mi)，

(2)公布加密數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)出售者s將密文c1,c2…ci…c1000公布給數(shù)據(jù)購買者(datapurchaser)p；

(3)數(shù)據(jù)購買者產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)字符串：

47fb563cc8f86dc37c86d08bc542968f7986acd81c97bf76db7ad744407fe117(16進(jìn)制的256-bit隨機(jī)數(shù))，用sha256算法對(duì)其進(jìn)行1000次哈希，得到如下哈希值：

h1000＝47fb563cc8f86dc37c86d08bc542968f7986acd81c97bf76db7ad744407fe117

h999＝5f4b10be666a83a866d17396a29eb2aa2d9ef4313279a3fafad60204cd3e689c

h998＝c8275d6f30bcaa36021020e9d62b749e58a5285e094b76e9088f1b006afee70d

h997＝6b1d03b64fe621b1a8eff5a28e0a554db6d82a329c880f23b712c18fe85ae43c

………………

h0＝ddccd2e9c36fab97df6042bc3c3465c46d3c81ff83f9fdd96f56dc5b7cfa1f55。

hi＝sha256^1000-i(47fb563cc8f86dc37c86d08bc542968f7986acd81c97bf76db7ad744407fe117)，即對(duì)字符串進(jìn)行1000-i次重復(fù)哈希。

數(shù)據(jù)購買者的資金存儲(chǔ)在一對(duì)公私鑰(pkp，skp)對(duì)應(yīng)的賬戶中；購買者產(chǎn)生一個(gè)微支付承諾交易(采用區(qū)塊鏈腳本或者智能合約方式)，鎖定支付總價(jià)(即1000*0.10＝100元)，用自己的私鑰skp進(jìn)行簽名，記錄在區(qū)塊鏈上。該承諾交易包含pks和h0，并要求一個(gè)哈希鏈上的哈希值hi及數(shù)據(jù)出售者的簽名(用sks簽名)才能解鎖。同時(shí)數(shù)據(jù)購買者設(shè)定，當(dāng)交易超過3天還未結(jié)束、預(yù)付資金還未結(jié)算的條件下，數(shù)據(jù)購買者可取回所有支付總價(jià)100元。

(4)鏈下數(shù)據(jù)交換：數(shù)據(jù)購買者p向數(shù)據(jù)出售者s每次依次發(fā)送一個(gè)哈希值hi(i＝1,2,…,1000)；數(shù)據(jù)出售者則依次向數(shù)據(jù)購買者發(fā)送加密密鑰ki(i＝1,2,…,1000)。正常交易1000條數(shù)據(jù)的過程如圖2所示；交易雙方最大的損失為一條數(shù)據(jù)或若干條數(shù)據(jù)或者一條數(shù)據(jù)或若干條數(shù)據(jù)的費(fèi)用，并且該交換過程發(fā)生在區(qū)塊鏈下，不會(huì)記錄在區(qū)塊鏈上，因此具有較高的可擴(kuò)展性?，F(xiàn)行的比特幣結(jié)算方法需對(duì)每條數(shù)據(jù)的交易進(jìn)行驗(yàn)證和記錄，因此處理和存儲(chǔ)代價(jià)較高，交易成本也非常高(目前每個(gè)交易成本約為1美元)，其他如信用卡、paypal交易方式也存在1％以上的交易成本。對(duì)于n條數(shù)據(jù)的交易，本發(fā)明只需要結(jié)算一次，而其他方案需要n次結(jié)算。

雙方也可能提前停止交換，如圖3所示：s先停止提供密鑰k300，因此p停止繼續(xù)發(fā)送哈希值(下一個(gè)哈希值h301)，這種情況下p損失了一次微支付；

如圖4所示：p先停止發(fā)送哈希值h301，因此s也停止發(fā)送密鑰k301，這種情況下雙方無損失。

雙方可以協(xié)商數(shù)據(jù)交換的順序(即ki發(fā)送的順序)，順序可以由p指定，或者由雙方協(xié)商，如下圖所示，ji(i＝1,2,…,1000)是1,2,…,1000的一個(gè)排列，交換過程如如圖5所示：

(5)交易結(jié)算：數(shù)據(jù)交換結(jié)束后，數(shù)據(jù)出售者s最后收到的哈希值為h1000，數(shù)據(jù)出售者s使用哈希值h1000向區(qū)塊鏈認(rèn)領(lǐng)數(shù)據(jù)費(fèi)用，區(qū)塊鏈驗(yàn)證h1000＝sha256¹⁰⁰⁰(h0)后，區(qū)塊鏈將所有數(shù)據(jù)的支付費(fèi)用100元全部支付給數(shù)據(jù)出售者s。

如果數(shù)據(jù)出售者s最后收到的哈希值為h300，數(shù)據(jù)出售者s使用哈希值h300向區(qū)塊鏈認(rèn)領(lǐng)數(shù)據(jù)費(fèi)用，區(qū)塊鏈驗(yàn)證h300＝sha256³⁰⁰(h0)后，區(qū)塊鏈將數(shù)據(jù)的支付費(fèi)用100元的300/1000，即30元支付給數(shù)據(jù)出售者s，而將余額70元返還給p。

如果數(shù)據(jù)出售在在3天內(nèi)未能確認(rèn)收入，則數(shù)據(jù)購買者將取回所有預(yù)付的數(shù)據(jù)購買費(fèi)用。