齊兵*，金穎彤，李晨旭

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基于blockchain技術(shù)的數(shù)據(jù)交易方式設(shè)計(jì)

齊兵*，金穎彤，李晨旭

（吉林省長(zhǎng)春市吉林大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春，130000）

伴隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨，數(shù)據(jù)交易的興起是大勢(shì)所趨。但當(dāng)前交易模式的諸多不足影響了數(shù)據(jù)交易產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如：交易平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)的托管、交易雙方隱私性難以保證、數(shù)據(jù)所有權(quán)證明困難、小型數(shù)據(jù)擁有者沒有交易渠道以及數(shù)據(jù)質(zhì)量的參差不去?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)，設(shè)計(jì)新型數(shù)據(jù)交易平臺(tái)，消除數(shù)據(jù)交易產(chǎn)業(yè)發(fā)展的阻礙。

區(qū)塊鏈，數(shù)據(jù)交易，大數(shù)據(jù)，匿名性

引言

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨，數(shù)據(jù)交易必然會(huì)受到越來越多的關(guān)注。數(shù)據(jù)交易可以使數(shù)據(jù)最大限度地在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域流通，打破以往的數(shù)據(jù)信息閉塞現(xiàn)狀。與此同時(shí)，顯著提高了數(shù)據(jù)利用率，滿足日益增長(zhǎng)的大數(shù)據(jù)需求。然而當(dāng)前數(shù)據(jù)交易有著諸多不合理之處，如：當(dāng)前數(shù)據(jù)交易依賴于可信任的第三方；無法保證交易雙方的隱私性；數(shù)據(jù)所有權(quán)證明困難；個(gè)人和小型企業(yè)難以參與到數(shù)據(jù)交易中；數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊。很多數(shù)據(jù)企業(yè)并不愿意將自己的數(shù)據(jù)通過現(xiàn)有的交易方式出售，購(gòu)買者也難以用現(xiàn)有方式得到所需的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。這對(duì)數(shù)據(jù)共享、流通的大趨勢(shì)，產(chǎn)生了一定的限制。

1 數(shù)據(jù)交易平臺(tái)的意義

數(shù)據(jù)交易平臺(tái)，讓信息不再局限于單一領(lǐng)域。在大數(shù)據(jù)時(shí)代要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效利用和流通，滿足市場(chǎng)需求，構(gòu)造完善的交易流程和流通環(huán)境，必須采取平臺(tái)化運(yùn)營(yíng)。只有確定數(shù)據(jù)所有權(quán)，制定全面的定價(jià)規(guī)范，產(chǎn)生健康的交易環(huán)境，并通過大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行處理、分類，才能使大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)被社會(huì)接受，而不僅僅是小范圍內(nèi)的使用。

考慮到數(shù)據(jù)的特性與傳統(tǒng)商品的差別，如：數(shù)據(jù)所有權(quán)證明難以實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)價(jià)值具有時(shí)效性、數(shù)據(jù)所有權(quán)轉(zhuǎn)移后數(shù)據(jù)原擁有者仍具有轉(zhuǎn)賣的能力，建立一個(gè)流程算法公開、運(yùn)營(yíng)透明的專業(yè)數(shù)據(jù)交易平臺(tái)是大勢(shì)所趨。該平臺(tái)必須充分考慮到數(shù)據(jù)的特性，解決上述難題，才能使數(shù)據(jù)作為一種特殊商品真正參與流通和交易。

2 方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

基于當(dāng)前數(shù)據(jù)交易領(lǐng)域的諸多阻礙，如：過于依賴可信第三方，數(shù)據(jù)存在被第三方復(fù)制備份的可能性；交易雙方在交易時(shí)即暴露自己的身份，隱私受到侵害；所有權(quán)證明困難；小型數(shù)據(jù)提供者或購(gòu)買者難以參與數(shù)據(jù)交易過程以及數(shù)據(jù)質(zhì)量控制難以實(shí)現(xiàn)。我們的設(shè)計(jì)目的在于，實(shí)現(xiàn)基于blockchain技術(shù)的一定程度的去中心化的，不依賴于第三方數(shù)據(jù)交易中心的，可保障交易雙方隱私不被泄露的交易方式。不依賴第三方數(shù)據(jù)交易中心，是指不像傳統(tǒng)數(shù)據(jù)交易方式一樣將數(shù)據(jù)托管給第三方，即第三方不會(huì)得到交易的數(shù)據(jù)，只作為一個(gè)維護(hù)整個(gè)交易方式的平臺(tái)，提供用戶查詢，交易，所有權(quán)證明等功能。該交易平臺(tái)同時(shí)面向大型企業(yè)用戶和小型個(gè)體用戶，在增大流通范圍的同時(shí)，控制數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

2.2 技術(shù)應(yīng)用

區(qū)塊鏈（Blockchain)技術(shù)作為比特幣的底層技術(shù)，具有去中心化、去信任化、不可刪除、修改，匿名等特點(diǎn)。從blockchain技術(shù)的特點(diǎn)來看，非常適合應(yīng)用于數(shù)據(jù)交易。首先，為了保證第三方無法在交易過程中得到數(shù)據(jù)，采用了blockchain的去中心化思想，去除第三方數(shù)據(jù)交易中心的托管功能，第三方無法得到源數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過約定好的加密算法后流通，只有交易雙方可以得到。同時(shí)，交易過程完全記錄在一條不可修改的區(qū)塊鏈上，用于所有權(quán)證明和溯源。其次，交易平臺(tái)以密鑰對(duì)作為用戶的唯一識(shí)別，交易雙方都使用各自公私鑰對(duì)集合中的一個(gè)，完成交易過程，無需身份信息，可有效實(shí)現(xiàn)交易的匿名性。

2.3 交易平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.3.1 系統(tǒng)核心

該交易方式設(shè)定為需要三條不同的區(qū)塊鏈，分別為用于購(gòu)買者查詢欲購(gòu)信息的查詢鏈、保存交易記錄用于維權(quán)的交易記錄鏈、以及用于支付的比特幣等類似電子貨幣鏈。

首先，查詢鏈保存了數(shù)據(jù)擁有者提供的數(shù)據(jù)的索引信息，用于查詢用戶所需的數(shù)據(jù)。同時(shí)提供數(shù)據(jù)價(jià)格和數(shù)據(jù)擁有者的比特幣等類似電子貨幣的地址，用于后續(xù)的支付階段。并且，該鏈保存數(shù)據(jù)的hash值，用于后續(xù)階段的驗(yàn)證。

交易記錄鏈記錄了完整的交易消息，包括交易雙方的簽名以及交易時(shí)間、數(shù)據(jù)內(nèi)容的hash等，以便于維權(quán)處理。

支付鏈需借助其他匿名的電子貨幣鏈，如比特幣，來完成交易過程。交易雙方和交易平臺(tái)的一切支付行為都利用該條鏈實(shí)現(xiàn)。

2.3.2 用戶注冊(cè)

為了實(shí)現(xiàn)交易平臺(tái)的匿名性，采用非對(duì)稱密鑰中的公私鑰對(duì)作為用戶唯一的身份證明，不再使用傳統(tǒng)的用戶名和密碼，用戶可以申請(qǐng)任意數(shù)量的密鑰對(duì)用于交易。因此，用戶的隱私得到最大程度的保護(hù)。

考慮到當(dāng)前數(shù)據(jù)交易幾乎全部面向大型企業(yè)，為了進(jìn)一步擴(kuò)大數(shù)據(jù)流通范圍，將用戶類型分為兩種：

（1）個(gè)人以及小型企業(yè)

（2）擁有大量數(shù)據(jù)的大型企業(yè)

其中，個(gè)人及小型企業(yè)的參與，將極大帶動(dòng)數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)數(shù)據(jù)交易的普及化。以上兩種類型的用戶都可以根據(jù)自身的需要，選擇是否向交易平臺(tái)注冊(cè)真實(shí)身份。具有高價(jià)值數(shù)據(jù)的企業(yè)可以注冊(cè)身份，增加自身可信度，有利于數(shù)據(jù)的出售，使效益最大化。而注重交易機(jī)密性的用戶可以選擇采用密鑰對(duì)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交易，保護(hù)自身隱私。

2.3.3 待出售數(shù)據(jù)概要上傳

（1）賣方用戶上傳

賣方用戶計(jì)算待售數(shù)據(jù)的hash值，選取自己的一個(gè)密鑰對(duì)，構(gòu)造數(shù)據(jù)提交包，其中包括：數(shù)據(jù)標(biāo)題，數(shù)據(jù)描述，數(shù)據(jù)hash值，出售價(jià)格，賣方自身公鑰，用于支付的電子貨幣地址，以及上述內(nèi)容的數(shù)字簽名。

賣方將數(shù)據(jù)提交包向全網(wǎng)廣播，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)提交包后，提取公鑰對(duì)數(shù)字簽名進(jìn)行驗(yàn)證，然后使用工作量證明機(jī)制，將一定時(shí)間段內(nèi)收到的數(shù)據(jù)提交包匯總，生成一個(gè)新的區(qū)塊，將該區(qū)塊鏈接進(jìn)數(shù)據(jù)查詢鏈，并向全網(wǎng)廣播。已加入查詢鏈中的數(shù)據(jù)無法修改和刪除，若要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充修改，只能通過發(fā)送新的數(shù)據(jù)包，并被全網(wǎng)認(rèn)可，加入到數(shù)據(jù)查詢鏈的新區(qū)塊中。系統(tǒng)中每個(gè)用戶都可以下載、查詢?cè)撴?，以?yàn)證是否成功上傳。

交易平臺(tái)作為對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中的一員，將查詢鏈中的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、歸納，提供友好的用戶界面與信息出處，方便用戶使用。

（2）平臺(tái)根據(jù)用戶需要采集數(shù)據(jù)

用戶可向交易平臺(tái)提出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，交易平臺(tái)按照用戶需要，利用網(wǎng)絡(luò)爬蟲等合法途徑采集要求的數(shù)據(jù)，經(jīng)整理、分類、脫敏等處理后，產(chǎn)生和上述相同的數(shù)據(jù)提交包，向全網(wǎng)發(fā)送，待網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證后放入新的區(qū)塊，鏈接進(jìn)全網(wǎng)共同認(rèn)可的區(qū)塊鏈，用戶即可進(jìn)行后續(xù)的交易。

2.3.4 數(shù)據(jù)交易流程

（1）想要購(gòu)買數(shù)據(jù)的用戶在查詢鏈中查找所需數(shù)據(jù)，構(gòu)造交易請(qǐng)求包，內(nèi)容包括：買家公鑰，賣家公鑰，標(biāo)題，數(shù)據(jù)描述，數(shù)據(jù)hash值，價(jià)格，支付地址和數(shù)字簽名。購(gòu)買者將交易請(qǐng)求包發(fā)送給數(shù)據(jù)交易平臺(tái)。

（2）數(shù)據(jù)交易平臺(tái)收到交易請(qǐng)求包后，通知數(shù)據(jù)擁有者。擁有者用買家的公鑰加密數(shù)據(jù)以及賣家私鑰簽名后的hash值，將加密后的密文發(fā)送給數(shù)據(jù)交易平臺(tái)。

（3）數(shù)據(jù)交易平臺(tái)通知買家付款。

（4）買家用戶在比特幣等匿名電子貨幣支付鏈上付款給交易平臺(tái)。

（5）數(shù)據(jù)交易平臺(tái)查詢支付鏈，待找到付款記錄后，將數(shù)據(jù)密文用平臺(tái)私鑰進(jìn)行簽名，并發(fā)送給購(gòu)買者。購(gòu)買者依次使用平臺(tái)和數(shù)據(jù)提供者的公鑰進(jìn)行解密，驗(yàn)證密文是否由數(shù)據(jù)擁有者發(fā)送、數(shù)據(jù)是否與查詢鏈中的hash一致，以及是否由交易平臺(tái)正確轉(zhuǎn)發(fā)，最后得到購(gòu)買的數(shù)據(jù)和賣家私鑰簽名后的hash值。

（6）數(shù)據(jù)交易平臺(tái)在支付鏈上付款給數(shù)據(jù)提供方，并將一段時(shí)間內(nèi)完成的所有交易的記錄信息整合為一個(gè)新的區(qū)塊，向全網(wǎng)廣播，待網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)審核交易雙方數(shù)據(jù)所有權(quán)無誤后，將其加入交易記錄鏈，該鏈與查詢鏈類似，主要存儲(chǔ)兩次支付地址等交易記錄信息。

支付鏈采用比特幣等電子貨幣技術(shù)，其匿名的特性滿足了用戶對(duì)隱私保護(hù)的要求。同時(shí)，作為比特幣底層技術(shù)的區(qū)塊鏈技術(shù)使得，轉(zhuǎn)賬記錄永不可逆和更改，而且整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)賬記錄是完全公開的，用戶以及交易平臺(tái)隨時(shí)可以查證轉(zhuǎn)賬是否達(dá)成。

2.3.5 數(shù)據(jù)分析服務(wù)

當(dāng)前數(shù)據(jù)環(huán)境下，并不是所有用戶都希望交易得到原始數(shù)據(jù)。作為一個(gè)完善的數(shù)據(jù)交易中心，必須考慮為沒有大數(shù)據(jù)分析能力的個(gè)體用戶提供分析、脫敏等數(shù)據(jù)服務(wù)，減少不必要的技術(shù)研發(fā)成本和時(shí)間的浪費(fèi)，有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于區(qū)塊鏈技術(shù)，建立新型數(shù)據(jù)交易平臺(tái)，使交易不依賴于可信第三方，從整體機(jī)制上，保障交易用戶隱私，并提供有力的所有權(quán)證明，為更廣闊的使用范圍提供更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)交易服務(wù)。

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Design of Data Trading Mode Based on Block Chain Technology

QI Bing*, JIN Yingtong, LI Chenxu

(College of computer science and technology, Jilin University, Jilin Changchun, 130000, China)

with the advent of the era of big data, the rise of data transactions is the trend of the times. But many deficiencies in the current trading patterns affected the development of data transaction industry. For example, trading platform can back up data , the privacy of the two parties is difficult to guarantee, proof of data ownership is hard, small owners of data have no trading channels and the quality of the data is irregular. Based on block chain technology, a new data trading platform is designed to eliminate the hindrance of the development of data trading industry.

block chain; data transaction; big data; anonymity

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2018.01.008

TM73

A

1672-9129(2018)01-0018-02

齊兵，金穎彤，李晨旭. 基于blockchain技術(shù)的數(shù)據(jù)交易方式設(shè)計(jì)[J]. 數(shù)碼設(shè)計(jì), 2018, 7(1): 18-19.

QI Bing, JIN Yingtong, LI Chenxu. Design of Data Trading Mode Based on Block Chain Technology[J]. Peak Data Science, 2018, 7(1): 18-19.

2017-11-06；

2017-12-27。

齊兵（1996-），男，漢族，遼寧省葫蘆島市，本科，研究方向：計(jì)算機(jī)。E-mail: 2209282216@qq.com