基于区块链的云边协同物联网隐私保护数据共享方案(BCE-PPDS)：一种高效匿名认证与密钥管理新范式

为解决物联网(IoT)数据共享中的隐私泄露与信任缺失问题，齐鲁工业大学团队提出基于区块链的云边协同隐私保护数据共享方案(BCE-PPDS)。该研究创新性地融合无证书可链接环签名(CL-LRS)与Asmuth-Bloom秘密共享，实现数据所有者(DO)匿名认证与密钥安全分发。实验证明方案在JPBC平台下具备高效聚合验证能力，为打破数据孤岛提供可审计的分布式解决方案。

　　

在万物互联的时代，物联网设备每天产生海量数据，这些数据与智能平台结合可推动预测分析和科学研究。然而，隐私和安全问题成为阻碍数据共享的"绊脚石"。传统云中心化方案不仅存在高延迟、单点故障风险，更可能因中间环节导致隐私泄露。更棘手的是，现有研究多聚焦数据加密却忽视身份匿名，攻击者通过公道监听、哈希查询等手段可能溯源数据所有者(DO)，进而引发更严重的隐私连锁反应。这种"数据寒蝉效应"使得宝贵数据被困在孤岛中，严重制约了物联网生态发展。

齐鲁工业大学计算机科学与技术学院的研究团队敏锐捕捉到这一痛点，在《Future Generation Computer Systems》发表创新成果。他们巧妙利用区块链的去中心化、不可篡改特性，构建云边协同架构：区块链存储轻量级元数据，加密数据则依托云端海量存储与边缘计算低延迟优势。针对身份隐私保护，团队设计出适配资源受限设备的无证书可链接环签名(CL-LRS)算法，既避免传统证书管理的复杂性，又通过签名聚合实现高效批量验证。更突破性的是采用Asmuth-Bloom秘密分享方案，将密钥分片存储于边缘服务器，既规避"好奇云"的密钥窥探风险，又显著降低物联网端计算开销。

关键技术方法包括：1）基于双线性映射构建CL-LRS算法，实现DO匿名认证；2）采用(t,n)门限机制的Asmuth-Bloom方案分配密钥分片；3）JPBC库模拟Type A椭圆曲线验证方案性能；4）智能合约自动化处理数据请求流程。

系统模型与安全定义
建立包含数据所有者(DO)、请求者(DR)、边缘节点和云存储的四方参与模型，定义不可伪造性、匿名性、密钥保密性等安全目标。通过随机预言机模型证明方案满足IND-CPA安全。

BCE-PPDS具体构建
签名阶段，DO选择包含n个成员的环，计算V_j= (d_j+h_2j)h?_3jx_jh_1jQ_j²生成环签名；验证阶段通过双线性对等式e(V_j,P)=e(h?_3jD_j,P₀)实现聚合验证。密钥分发采用互质数列{m₁,...,m_n}，确保仅当收集≥t个分片时可恢复密钥。

性能评估
在AMD R7-6800H平台测试显示，当环规模n=10时，签名生成仅需28ms，验证时间43ms，较同类方案效率提升40%。通信开销分析表明，单个签名仅需320字节，区块链Gas消耗降低62%。

该研究突破性地解决了物联网数据共享的"三重矛盾"：区块链存储限制与海量数据的矛盾、身份隐私保护与可信认证的矛盾、密钥安全性与分发效率的矛盾。实验数据证实，BCE-PPDS方案使资源受限设备也能实现企业级隐私保护，其创新的CL-LRS算法为匿名认证研究开辟新路径，而云边密钥协同管理机制对构建分布式信任体系具有范式意义。正如研究者Guijuan Wang所述，该成果不仅适用于医疗健康数据共享，还可扩展至智能交通、工业物联网等场景，为数字经济时代的隐私保护提供关键技术支撑。