电子商务中带有隐私保护的安全协议研究

  1.1  研究背景和意义 

  随着大数据时代的深入和电子商务的崛起，交易模式正在潜移默化的发生转变，由以往的线下面对面直接性的交易向更方便快捷的电子交易模式转变。并且，目前已有许多交易协议相继被提出。然而，已有的交易模式中存在的问题也陆续被爆出，网络攻击、账号被盗一系列的安全问题在如今的交易模式中屡见不鲜。此外，由于现有设备问题导致网络接口和协议不匹配等问题也在日益显露。因此，协议如何完善和改进，或者设计出满足公平交易，消息完整性和不可伪造性，消费者匿名性等符合相应需求的安全协议成为亟待解决的问题。 在商品交易活跃的同时，信息化的数据内容也正逐步得到重视与挖掘。在数据交易市场中，数据可以在个人和组织之间进行有效的交换或者共享，极大地提高了数据在物联网应用中的利用率，并产生了巨大的潜在经济价值。大数据市场已经产生了一种新兴的业务模式。预计明年，由大数据制造的产业规模将超 8000亿元。但是数据交易与商品交易不同，它缺乏商品具有的物理特性。数据交易过程中数据的秘密存储难以让消费者信服其内容，进一步确保数据信息的可用性。即要保护消费者的隐私不被泄露的同时也要保证交易双方的公平性和安全性。电子支付摆脱了面对面交易的局限性，借助于开放的交易平台实现高效快速的交易，更加经济便捷。在交易过程中，交易者或合作方如何对所协商条款的安全性和可靠性得到相应的保障，安全协议的设计和应用在电子商务中起到了重要的作用。且在数据交易过程中，交易双方互不信任的情况下，设计具有隐私保护的数据交易协议尤为必要。电子商务的发展也促使各类商业活动向信息化和智能化的方向发展。通过互联网进行合同签署也更加普遍。签署过程中，在互不了解信任的前提下，要保证签署的公平性和安全性，签署方和待签署合同的可靠性和私密性就值得探究。现有协议中通常借助第三方。以安全可靠的第三方交换彼此的签名信息的方式完成合同签署。但是，时刻要求第三方在线的情况效率不高。随着签署方的数量不断增加，难度和复杂性也在不断增加。并且第三方的可信度有待商榷。而后产生半可信第三方，在此类方案中，第三方仅用于解决用户争端问题。然而，计算量过大不利于协议的扩展。随之产生无第三方的协议，通过逐步释放待公开的信息的方法解决合同签署的安全问题。但是，签署过程和网络并非同步执行，因而无法满足合同签署的公平性。并且多签署方见交互较为复杂，通信成本较高。所以，研究公平高效的多方合同签署协议具有一定的实际意义。

  1.2   本文研究内容

  在对电子商务现状进行一定了解的情况下，针对于电子商务中三种特定的场景进行具体分析，设计符合要求的安全协议，具体研究如下：(1) 提出具有隐私保护的电子交易协议，该协议将文献中针对客户端、支付网关、销售者和发行方的支付模式改进为消费者和销售者借助支付服务商进行支付的模式，借鉴文献中关于外包计算时解决匿名追踪问题的方法，完善交易流程，增加消息发送时的机密性。该协议具有消息机密性和不可否认性，消费者匿名性和可追踪性以及交易公平性等性质的电子交易协议。(2) 在现有基于比特币的公平数据交易协议的基础上提出具有隐私保护的数据交易协议。该协议减少交易复杂性的同时，保证了消费者和服务提供者之间公平交易，且当出现争端时，能够借助第三方的审判保证数据的真实和可靠性，

  本章重点介绍方案中所用到的数学理论知识、困难问题、区块链技术及对无证书聚合可验证签名方案形式化定义及安全模型进行描述，为后续的协议设计和分析做铺垫。 

  2.1  数学基础和困难问题

  5.3  无证书聚合可验证签名方案

  5.4  合同签署协议性能分析 

  5.5  合同签署协议效率分析 

  5.6  本章小结 

  相较于传统的交易方式，新型的电子商务以更灵活便捷的优势占据交易市场的重要一角。在电子商务中，信息泄露和交易劫持事件的隐私保护问题更加不容忽视。因此，本文主要对电子商务中三种具体情形下具有隐私保护特性的安全协议进行研究。主要成果如下： (1)  提出了具有隐私保护的电子交易协议。该协议在用户交易过程中借助签密算法加强了消息的保密性，借助安全可信的支付服务商保证了交易双方的公平性。同时交易时通信数量明显降低，减少了通信过程中的消耗。实现了匿名购买、可追踪和公平交易。 (2)  提出了具有隐私保护的数据交易协议。该协议使用了密钥锁定支付方式，在交易之前，消费者通过随机选取部分密文进行解密得到相应明文，从而判断服务提供者所提供服务的真实性，当确认交易后，消费者支付相应费用，服务提供者提供密文的解密密钥。并且在协议中加入了第三方审判，当消费者与服务提供者出现争议时，可向第三方申诉。 (3)  提出了基于无证书的多方合同签署协议。该协议利用区块链技术替换第三方参与的合同签署协议分为了链下和链上两部分，在保证安全性的前提下，用提高链下聚合签名算法的效率来提高整体合同签署的效率。在链下签署方执行无证书聚合可验证签名方案，产生一个聚合签名。链上公开临时密钥后，签署方可提取普通签名。从而做到对签署方的隐私保护，保证了签署合同的机密性。 目前的工作仍存在以下问题，有待进一步研究： (1)  具有隐私保护的安全电子交易协议是基于双线性对运算，交易过程中信息处理的消耗较大。 (2)  具有隐私保护的数据交易协议是有第三方参与的，故由于第三方的介入增加了协议的复杂性。所以，如何保证交易双方公平公正的数据交易和交易过程中数据的真实可靠，仍然需要进一步的研究。 (3)  基于无证书的多方合同签署协议，该协议在区块链链上阶段如何更简洁的共享密钥可以进一步研究。